Avaliação da estrutura genética da população atual de Santa Catarina com diferentes marcadores moleculares para aplicação na genética forense

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e do Desenvolvimento, Florianópolis, 2014A identificação genética humana está centrada na utilização de um conjunto de marcadores autossômicos denominado microssatélite (Short Tanden Repeats-STRs). Todavia em algumas situações, como indivíduos com alto grau de parentesco, casos de deficiência paterna, amostras biológicas degradadas ou pouca quantidade, têm-se focado na utilização de outras classes de marcadores genéticos: inserções/deleções (InDels), do cromossomo X (X-STRs), do cromossomo Y (Y-STRs) e na região hipervariável 1 do DNA mitocondrial (mtDNA-HVR1). Visando avaliar a extensão da diversidade genética da população de Santa Catarina, indivíduos não aparentados foram genotipados para os marcadores do tipo (1) InDels, incluídos no Investigator DIPplex Kit®, (2) STRs autossômicos, incluídos no Investigator HDplexTM Kit®, (3) miniSTRs, incluídos no Investigator Hexaplex ESS Kit®, (4) STRs do cromossomo X, através do Investigator Argus X-12 Kit®. Foram determinadas as frequências alélicas e heterozigoses observada e esperada (Ho e He), e a eficácia dos parâmetros forenses: Poder de Discriminação (PD), Probabilidade de Coincidência (PC), Índice de Paternidade Típico (TPI), Poder de Exclusão de Paternidade (PE) e Conteúdo da Informação Polimórfica (PIC), sendo que não foi observado nenhum desvio (p< 0,05) para os locos incluídos no Investigator HDplexTM Kit® e Investigator Hexaplex ESS Kit®, com exceção de DXS10135 e DXS1079 do Investigator Argus X-12 Kit®. Todos os locos apresentaram um elevado grau de polimorfismo genético. O maior PIC foi observado no SE33 (0,948), e o menor no D6S474 (0,745). Parâmetros forenses foram calculados com base em frequências alélicas para os sistemas Investigator HDplexTM Kit® e Investigator Hexaplex ESS Kit®, sendo o Poder de Discriminação Combinado (PDC) e o Poder de Exclusão Combinado (PEC) obtidos de 0,999999999999999999997752854927 e 0,99999999978062285, respectivamente. As frequências alélicas para 16 locos STRs analisados foram comparadas com as de outras populações de diferentes distribuições geográficas, sendo que a análise de distância genética (Dsw) mostrou proximidade entre a população de Santa Catarina e populações européias (França, Itália) e uma amostra da população Africana. O segundo agrupamento foi formado por populações que não participaram significativamente para a formação da identidade brasileira (Japão, México, Colômbia) e duas populações isoladas de índios do Brasil. Para o Sistema Investigator Argus X-12 Kit®, as frequências alélicas e os parâmetros estatísticos foram obtidos, sendo que o marcador DXS10135 foi o mais polimórfico, com 23 alelose o DXS8378 menos polimórfico, com 5 alelos. O Poder de Discriminação para o sexo Feminino (PDF) foi 0,9999999999999999103669, enquanto o Poder de Discriminação para o sexo Masculino (PDM) foi 0,999999999688867. O Poder de Exclusão Combinado para trios e duos foram de 0,99999999867687 e 0,999999589803, respectivamente. Testes de desequilíbrio de ligação foram realizados para todos os pares de locos e somente DXS7132-DXS10074 permaneceu significativo após correção de Bonferroni (p < 0,0008). Análise da distância genética foi usada e verificou-se que a população de Santa Catarina teve similaridade com populações européias (Alemanha, Dinamarca e Norte de Portugal) seguidas por populações africanas (Marrocos e Somália) e distante das populações de Shanghai e Groelândia, por não fazerem parte da formação da identidade catarinense. Foram também objetivos deste projeto a caracterização genética da variabilidade da população patrilinear de Santa Catarina por meio de dezessete marcadores do tipo STRs situados na região não recombinante do cromossomo Y, incluídos no sistema AmpFISTR®YfilerTM. Foram identificados 305 haplótipos dos quais 292 foram únicos (96%). Comparando estes resultados com outros previamente publicados para portugueses, espanhóis, italianos, alemães, africanos e outras populações brasileiras observou-se a importante contribuição de europeus da Península Ibérica. Foi também caracterizada a variabilidade da população matrilinear de Santa Catarina pelo sequenciamento da região hipervariável 1 do mtDNA (mtDNA-HVR1) e a padronização e implementação desta técnica no setor de Genética Forense do Instituto Geral de Perícia do Estado de SC (IGP-SC). Na análise da população de Santa Catarina foram identificados 221 haplótipos (n=342), classificados em 85 subhaplogrupos geográficos. Considerando os grandes haplogrupos, os resultados mostraram uma maior contribuição de haplogrupo europeu H (32,16%). Os haplogrupos ameríndios A, B, C e D representam 25,15% da população em contraste com os haplogrupos africano L, que totalizam 7,02%. A realização desta tese, além de mostrar a contribuição genética na construção da história da população de Santa Catarina, possibilitou a implementação de novas técnicas no Instituto de Análises Forenses do IGP-SC, incluindo mais 60 marcadores genéticos, além da análise de sequenciamento do DNA mitocondrial, para a resolução de casos forense de alta complexidade.|<br>Abstract: Human genetic identification is centered on use of microsatellite markers (Short Tanden Repeats-STRs). However, in some situations as individuals with a high degree of kinship, cases of paternal disability, degraded biological samples and in low amounts of samples have been focused on the use of other markers such as: insertions/deletions (InDels), X chromosome markers (X-STRs), Y chromosome markers (Y-STRs) and hypervariable region 1 of mitochondrial DNA (HVR1-mtDNA). Thereby, to evaluate the extent of genetic diversity of the Santa Catarina population, unrelated individuals were genotyped for: (1) InDels markers, included in the DIPplex Investigator DIPplex Kit®, (2) autosomal STRs, included in the Investigator HDplexTM Kit®, (3) miniSTRs, included in the Investigator Hexaplex ESS Kit® and (4) the X chromosome STRs, through the Investigator Argus X -12 Kit®. Allele frequencies, observed and expected heterozygosity (Ho, He) were determined, and the effectiveness of forensic parameters such as Power of Discrimination (PD), Probability of Coincidence (PC), Typical Paternity Index (TPI), Paternity Exclusion Power (PE) and Polymorphic Information Content (PIC). No deviation was observed (p <0.05) for the loci analyzed, except DXS10135 and DXS1079 Investigator Argus X-12 Kit®. All loci showed a high degree of genetic polymorphism. The highest PIC was observed in SE33 (0.948) and the lowest was observed in D6S474 (0.745). Forensic parameters were calculated based on allele frequencies for the Investigator HDplexTM and Investigator Hexaplex ESS® Kits. Combined Discrimination Power (CDP) and Combined Power of Exclusion (PEC) were 0.999999999999999999997752854927 and 0.99999999978062285, respectively. Allele frequencies for the 16 analyzed STR loci were compared with those of other populations from different geographical distributions. Genetic distance (Dsw) showed proximity between the Santa Catarina population, the European populations (France, Italy) and the sampled African population. The second group consisted of populations that do not significantly participated in the formation of Brazilian identity (Japan, Mexico, Colombia) and two isolated populations of Amerindian from Brazil. Allele frequencies and the statistical parameters of the Investigator Argus X-12 Kit® were obtained and the most polymorphic marker was DXS10135 with 23 polymorphic alleles and less polymorphic marker was DXS8378 with 5 alleles. Power of discrimination in Females (PDF) was 0.9999999999999999103669, while the Power of Discrimination in Males (PDM) was 0.999999999688867. Combined Power of Exclusionfor Trios and Duos were 0.99999999867687 and 0.999999589803, respectively. Linkage Disequilibrium tests were performed for all pairs of loci and only DXS7132-DXS10074 remained significant after Bonferroni correction (p < 0.0008). Analysis of genetic distance was used and it was verified that the population of Santa Catarina had similarity with European populations (Germany, Denmark and Portugal) followed by North African populations (Morocco and Somalia) and distant from the populations of Shanghai and Greenland because these populations not participate in the formation of the Santa Catarina identity. Another objective of this project were the genetic characterization of the variability of patrilineal population of Santa Catarina through seventeen STRs located in a non-recombinant region of the Y chromosome, included in the AmpFISTR®YfilerTM Kit. After analysis, 305 haplotypes were identified and 292 of these were unique (96%). Comparing the results obtained in this study with data from Portuguese, Spanish, Italians, Germans, Africans and other Brazilian populations was observed the important contribution of Europeans from the Iberian Peninsula in the composition of the Santa Catarina population. Variability of matrilineal population of Santa Catarina was also characterized by the sequencing of the mtDNA hypervariable region 1 (mtDNA-HVR1). This technique was the standardized and implemented in the Forensic Genetics section of the Instituto Geral de Perícias do Estado de SC (IGP-SC). During the data analysis, 221 haplotypes (n = 342) were identified, these haplotypes were classified into 85 geographic subhaplogrupos. Considering the largest haplogroups, these results showed an important contribution of the European haplogroup H (32.16%). Amerindian haplogroups A, B, C and D represent 25.15% of the population in contrast to the African haplogroup L that totalize 7.02%. Besides the genetic contribution for the understanding of the history of Santa Catarina population, the realization of this thesis resulted in the implementation of new techniques in the Forensic Genetics section of the IGP-SC, including sixty new genetic markers in their analysis and the mitochondrial DNA sequencing to solve the forensic cases of high complexity