mtDNA e dinamiche di popolazione nella Sardegna sud-occidentale

Il DNA mitocondriale ha un elevato tasso di mutazione, fino a 10-20 volte maggiore di quello del DNA nucleare (Wallace et al, 1987).

La causa principale di ciò è da ricercarsi nel fatto che nel DNA mitocondriale sono assenti i meccanismi riparativi, tipici invece del nDNA. Inoltre, all’interno del mitocondrio si verifica un elevato flusso di radicali dell’ossigeno che danneggiano facilmente il mtDNA, che non è protetto dalle proteine istoniche.

Anche il fatto che il DNA mitocondriale abbia cicli di replicazione molto più numerosi rispetto a quello nucleare e non limitati a specifiche fasi del ciclo cellulare, giustifica il generarsi di un più alto numero di errori.

L’elevata frequenza di mutazione di un gene mitocondriale rispetto ad un gene nucleare, risulta di notevole utilità negli studi evolutivi relativi all’origine della nostra specie. Infatti, le differenze che si osservano tra gli mtDNA di specie diverse, altro non sono che mutazioni accumulatesi dal momento della divergenza delle due specie.

L’evoluzione è un processo inevitabilmente divergente ed il numero di mutazioni che si accumulano nel tempo è direttamente proporzionale al tempo stesso intercorso dalla divergenza delle sequenze in analisi (Zuckerkandl e Pauling 1965). In accordo con questo principio è stato proposta un’ipotesi chiamata “dell’orologio molecolare”, secondo cui i geni e i prodotti genici evolvono con tassi che sono approssimativamente costanti nel tempo e lungo le differenti linee evolutive.

Perciò, se la divergenza genetica si accumula in modo regolare nel tempo, è possibile risalire almeno in maniera approssimativa ai tempi di divergenza tra diverse specie. Inizialmente ci si basò su di un orologio molecolare proteico, dal momento che negli anni ’60 i dati sul DNA erano ancora molto esigui, ma sin da subito fu chiaro che proteine diverse evolvono con tassi diversi, perciò questo metodo di studio fu abbandonato.

A partire dagli anni ’80 si utilizzarono quindi gli allozimi come marcatori molecolari per studi di genetica di popolazione e filogenesi e contemporaneamente, lo sviluppo delle tecniche molecolari che ha permesso il sequenziamento genico, ha portato all’applicazione dell’orologio molecolare anche al DNA.

Il tasso di divergenza medio per i primati è stato stimato di 2-4% per sequenza per milione di anni (Brown et al. 1979; Cann et al. 1993). Bisogna comunque essere molto cauti nell’utilizzare questo metodo perché per poterlo applicare correttamente bisogna tener conto della differenza di tasso di mutazione anche all’interno dello stesso mtDNA, ad esempio il D-loop evolve con un tasso superiore fino a 10 volte rispetto al resto del filamento ed il suo tasso di sostituzione nucleotidica è stato stimato dell’8,4% per milioni di anni (Greenberg et al. 1983, Horai e Hayasaka, 1990, Vigilant et al. 1989) mentre nelle altre regioni il tasso è di 0,19-3,2% per milioni di anni (Wallace et al. 1987, Wallace e Torroni 1992).