Founder analysis is a method for analysis of nonrecombining DNA sequence data, with the aim of identification and dating of migrations into new territory. The method picks out founder sequence types in potential source populations and dates lineage clusters deriving from them in the settlement zone of interest. Here, using mtDNA, we apply the approach to the colonization of Europe, to estimate the proportion of modern lineages whose ancestors arrived during each major phase of settlement. To estimate the Palaeolithic and Neolithic contributions to European mtDNA diversity more accurately than was previously achievable, we have now extended the Near Eastern, European, and northern-Caucasus databases to 1,234, 2, 804, and 208 samples, respectively. Both back-migration into the source population and recurrent mutation in the source and derived populations represent major obstacles to this approach. We have developed phylogenetic criteria to take account of both these factors, and we suggest a way to account for multiple dispersals of common sequence types. We conclude that (i) there has been substantial back-migration into the Near East, (ii) the majority of extant mtDNA lineages entered Europe in several waves during the Upper Palaeolithic, (iii) there was a founder effect or bottleneck associated with the Last Glacial Maximum, 20,000 years ago, from which derives the largest fraction of surviving lineages, and (iv) the immigrant Neolithic component is likely to comprise less than one-quarter of the mtDNA pool of modern Europeans.

Mitochondrial DNA (mtDNA) sequence variation was examined in Finns, Swedes and Tuscans by PCR amplification and restriction analysis. About 99% of the mtDNAs were subsumed within 10 mtDNA haplogroups (H, I, J, K, M, T, U, V, W, and X) suggesting that the identified haplogroups could encompass virtually all European mtDNAs. Because both hypervariable segments of the mtDNA control region were previously sequenced in the Tuscan samples, the mtDNA haplogroups and control region sequences could be compared. Using a combination of haplogroup-specific restriction site changes and control region nucleotide substitutions, the distribution of the haplogroups was surveyed through the published restriction site polymorphism and control region sequence data of Caucasoids. This supported the conclusion that most haplogroups observed in Europe are Caucasoid-specific, and that at least some of them occur at varying frequencies in different Caucasoid populations. The classification of almost all European mtDNA variation in a number of well defined haplogroups could provide additional insights about the origin and relationships of Caucasoid populations and the process of human colonization of Europe, and is valuable for the definition of the role played by mtDNA backgrounds in the expression of pathological mtDNA mutations

We report genome-wide ancient DNA from 44 ancient Near Easterners ranging in time between ~12,000 and 1,400 bc, from Natufian hunter–gatherers to Bronze Age farmers. We show that the earliest populations of the Near East derived around half their ancestry from a ‘Basal Eurasian’ lineage that had little if any Neanderthal admixture and that separated from other non-African lineages before their separation from each other. The first farmers of the southern Levant (Israel and Jordan) and Zagros Mountains (Iran) were strongly genetically differentiated, and each descended from local hunter–gatherers. By the time of the Bronze Age, these two populations and Anatolian-related farmers had mixed with each other and with the hunter–gatherers of Europe to greatly reduce genetic differentiation. The impact of the Near Eastern farmers extended beyond the Near East: farmers related to those of Anatolia spread westward into Europe; farmers related to those of the Levant spread southward into East Africa; farmers related to those of Iran spread northward into the Eurasian steppe; and people related to both the early farmers of Iran and to the pastoralists of the Eurasian steppe spread eastward into South Asia. Analysis of DNA from ancient individuals of the Near East documents the extreme substructure among the populations which transitioned to farming, a structure that was maintained throughout the transition from hunter–gatherer to farmer but that broke down over the next five thousand years. David Reich and colleagues report the genomic analysis of samples from 44 individuals who lived from around 12,000 to 1,400 BC in Near East regions, including modern Armenia, Turkey, Israel and Jordan. The analyses provide insights into demographics of the human populations that transitioned to farming.

A recent dispersal of modern humans out of Africa is now widely accepted, but the routes taken across Eurasia are still disputed. We show that mitochondrial DNA variation in isolated “relict” populations in southeast Asia supports the view that there was only a single dispersal from Africa, most likely via a southern coastal route, through India and onward into southeast Asia and Australasia. There was an early offshoot, leading ultimately to the settlement of the Near East and Europe, but the main dispersal from India to Australia ∼65,000 years ago was rapid, most likely taking only a few thousand years.

BackgroundIt is widely accepted that the ancestors of Native Americans arrived in the New World via Beringia approximately 10 to 30 thousand years ago (kya). However, the arrival time(s), number of expansion events, and migration routes into the Western Hemisphere remain controversial because linguistic, archaeological, and genetic evidence have not yet provided coherent answers. Notably, most of the genetic evidence has been acquired from the analysis of the common pan-American mitochondrial DNA (mtDNA) haplogroups. In this study, we have instead identified and analyzed mtDNAs belonging to two rare Native American haplogroups named D4h3 and X2a.ResultsPhylogeographic analyses at the highest level of molecular resolution (69 entire mitochondrial genomes) reveal that two almost concomitant paths of migration from Beringia led to the Paleo-Indian dispersal approximately 15–17 kya. Haplogroup D4h3 spread into the Americas along the Pacific coast, whereas X2a entered through the ice-free corridor between the Laurentide and Cordilleran ice sheets. The examination of an additional 276 entire mtDNA sequences provides similar entry times for all common Native American haplogroups, thus indicating at least a dual origin for Paleo-Indians.ConclusionsA dual origin for the first Americans is a striking novelty from the genetic point of view, and it makes plausible a scenario positing that within a rather short period of time, there may have been several entries into the Americas from a dynamically changing Beringian source. Moreover, this implies that most probably more than one language family was carried along with the Paleo-Indians.

Summary

 Variation in the human mitochondrial genome (mtDNA) is now routinely described and used to infer the histories of peoples, by means of one of two procedures, namely, the assaying of RFLPs throughout the genome and the sequencing of parts of the control region (CR). Using 95 samples from the Near East and northwest Caucasus, we present an analysis based on both systems, demonstrate their concordance, and, using additional available information, present the most refined phylogeny to date of west Eurasian mtDNA. We describe and apply a nomenclature for mtDNA clusters. Hypervariable nucleotides are identified, and the relative mutation rates of the two systems are evaluated. We point out where ambiguities remain. The identification of signature mutations for each cluster leads us to apply a hierarchical scheme for determining the cluster composition of a sample of Berber speakers, previously analyzed only for CR variation. We show that the main indigenous North African cluster is a sister group to the most ancient cluster of European mtDNAs, from which it diverged ∼50,000 years ago.

SummaryHearing loss involves both genetic and environmental factors. A mutation (A1555G) in the mtDNA has been associated with aminoglycoside-induced and nonsyndromic sensorineural deafness. The pathological significance of this mutation in Caucasoid families has not been established, and its relationship with antibiotic treatment is not well understood. We studied 70 Spanish families with sensorineural deafness (36 congenital and 34 late onset) for the mtDNA A1555G mutation. The A1555G mutation was found in 19 families with maternally transmitted deafness but not in the other 51 families or in 200 control subjects. In 12 families all the patients with the A1555G mutation who received aminoglycosides became deaf, representing 30.3% of the deaf patients in these families. None of the deaf patients from seven other families received aminoglycosides. Overall, only 17.7% of the patients with deafness and the A1555G mutation had been treated with aminoglycosides. The age at onset of deafness was lower (median age 5 years, range 1–52 years) in those treated with aminoglycosides than in those who did not receive antibiotics (median age 20 years, range 1–65 years) (P<.001). The mtDNA of these families belongs to haplotypes common in Europeans. These data indicate that the A1555G mutation accounts for a large proportion of the Spanish families with late-onset sensorineural deafness, that the A1555G mutation has an age-dependent penetrance for deafness (enhanced by treatment with aminoglycosides), and that mtDNA backgrounds probably do not play a major role in disease expression. Hearing loss involves both genetic and environmental factors. A mutation (A1555G) in the mtDNA has been associated with aminoglycoside-induced and nonsyndromic sensorineural deafness. The pathological significance of this mutation in Caucasoid families has not been established, and its relationship with antibiotic treatment is not well understood. We studied 70 Spanish families with sensorineural deafness (36 congenital and 34 late onset) for the mtDNA A1555G mutation. The A1555G mutation was found in 19 families with maternally transmitted deafness but not in the other 51 families or in 200 control subjects. In 12 families all the patients with the A1555G mutation who received aminoglycosides became deaf, representing 30.3% of the deaf patients in these families. None of the deaf patients from seven other families received aminoglycosides. Overall, only 17.7% of the patients with deafness and the A1555G mutation had been treated with aminoglycosides. The age at onset of deafness was lower (median age 5 years, range 1–52 years) in those treated with aminoglycosides than in those who did not receive antibiotics (median age 20 years, range 1–65 years) (P<.001). The mtDNA of these families belongs to haplotypes common in Europeans. These data indicate that the A1555G mutation accounts for a large proportion of the Spanish families with late-onset sensorineural deafness, that the A1555G mutation has an age-dependent penetrance for deafness (enhanced by treatment with aminoglycosides), and that mtDNA backgrounds probably do not play a major role in disease expression.

Abstract Mitochondrial DNAs (mtDNAs) from 167 American Indians including 87 Amerind-speakers (Amerinds) and 80 Nadene-speakers (Nadene) were surveyed for sequence variation by detailed restriction analysis. All Native American mtDNAs clustered into one of four distinct lineages, defined by the restriction site variants: HincII site loss at np 13,259, AluI site loss at np 5,176, 9-base pair (9-bp) COII-tRNA(Lys) intergenic deletion and HaeIII site gain at np 663. The HincII np 13,259 and AluI np 5,176 lineages were observed exclusively in Amerinds and were shared by all such tribal groups analyzed, thus demonstrating that North, Central and South American Amerinds originated from a common ancestral genetic stock. The 9-bp deletion and HaeIII np 663 lineages were found in both the Amerinds and Nadene but the Nadene HaeIII np 663 lineage had a unique sublineage defined by an RsaI site loss at np 16,329. The amount of sequence variation accumulated in the Amerind HincII np 13,259 and AluI np 5,176 lineages and that in the Amerind portion of the HaeIII np 663 lineage all gave divergence times in the order of 20,000 years before present. The divergence time for the Nadene portion of the HaeIII np 663 lineage was about 6,000-10,000 years. Hence, the ancestral Nadene migrated from Asia independently and considerably more recently than the progenitors of the Amerinds. The divergence times of both the Amerind and Nadene branches of the COII-tRNA(Lys) deletion lineage were intermediate between the Amerind and Nadene specific lineages, raising the possibility of a third source of mtDNA in American Indians.

High mutation rate in mammalian mitochondrial DNA generates a highly divergent pool of alleles even within species that have dispersed and expanded in size recently. Phylogenetic analysis of 277 human mitochondrial genomes revealed a significant (P < 0.01) excess of rRNA and nonsynonymous base substitutions among hotspots of recurrent mutation. Most hotspots involved transitions from guanine to adenine that, with thymine-to-cytosine transitions, illustrate the asymmetric bias in codon usage at synonymous sites on the heavy-strand DNA. The mitochondrion-encoded tRNAThr varied significantly more than any other tRNA gene. Threonine and valine codons were involved in 259 of the 414 amino acid replacements observed. The ratio of nonsynonymous changes from and to threonine and valine differed significantly (P = 0.003) between populations with neutral (22/58) and populations with significantly negative Tajima's D values (70/76), independent of their geographic location. In contrast to a recent suggestion that the excess of nonsilent mutations is characteristic of Arctic populations, implying their role in cold adaptation, we demonstrate that the surplus of nonsynonymous mutations is a general feature of the young branches of the phylogenetic tree, affecting also those that are found only in Africa. We introduce a new calibration method of the mutation rate of synonymous transitions to estimate the coalescent times of mtDNA haplogroups.

Mutational events along the human mtDNA phylogeny are traditionally identified relative to the revised Cambridge Reference Sequence, a contemporary European sequence published in 1981. This historical choice is a continuous source of inconsistencies, misinterpretations, and errors in medical, forensic, and population genetic studies. Here, after having refined the human mtDNA phylogeny to an unprecedented level by adding information from 8,216 modern mitogenomes, we propose switching the reference to a Reconstructed Sapiens Reference Sequence, which was identified by considering all available mitogenomes from Homo neanderthalensis. This “Copernican” reassessment of the human mtDNA tree from its deepest root should resolve previous problems and will have a substantial practical and educational influence on the scientific and public perception of human evolution by clarifying the core principles of common ancestry for extant descendants. Mutational events along the human mtDNA phylogeny are traditionally identified relative to the revised Cambridge Reference Sequence, a contemporary European sequence published in 1981. This historical choice is a continuous source of inconsistencies, misinterpretations, and errors in medical, forensic, and population genetic studies. Here, after having refined the human mtDNA phylogeny to an unprecedented level by adding information from 8,216 modern mitogenomes, we propose switching the reference to a Reconstructed Sapiens Reference Sequence, which was identified by considering all available mitogenomes from Homo neanderthalensis. This “Copernican” reassessment of the human mtDNA tree from its deepest root should resolve previous problems and will have a substantial practical and educational influence on the scientific and public perception of human evolution by clarifying the core principles of common ancestry for extant descendants.