Use of the DNA in the study of ancient livestock populations in a location of central Italy

Abstract

The study of ancient DNA (aDNA) is a recent subject in continuous evolution. It is crucial in evolutionary and population studies and it helps the historical investigations. aDNA is difficult to analyse because of its low recovery rate and its strong degradation to small fragments, and also for the likely contamination occurring during molecular work. For these reasons, stringent standards for the authentication of ancient DNA must be applied. The study focused on livestock remains excavated in Ferento, a site near Viterbo (central Italy). 13 cattle remains, three Roman (~2100BP) and nine medieval (~1000BP) bones and 15 ovine medieval bones and teeth, recovered from five different excavations areas, were collected and analyzed. Four extraction protocols were tested in order to identify the method giving best results in term of yield and purity. In bovine samples, nuclear genes were investigated i) to retrieve information questions about phenotypic characteristics of the samples impossible to obtain from fossil material, as in the case of three coat color genes (MC1R, TYR and TYRP1), and ii) to help in authenticating data as well as retrieving information of the breeding purposes, as in the case of sex related genes (TSPY, ZFX/ZFY), analyzed to establish the sex of the individuals sometimes impossible to ascertain by morphometric analysis. Ovine ancient samples were compared to modern European and Middle Eastern sheep through the amplification and sequencing of small portions of the D-loop region. Preliminary data suggest that Ferento sheep belong to two divergent lineages: group A (a mixture of animals coming from the Middle East, Asia and Europe) and group B (dominated by animals localized to Europe). This study was useful also to distinguish sheep (Ovis aries) and goat (Capra hircus) remains with an uncertain morphometric attribution thanks to the highly polymorphic mitochondrial region examined.

Lo studio del DNA antico (aDNA) è una disciplina recente in continua evoluzione. E’ fondamentale negli studi evoluzionistici e di genetica di popolazione e fornisce un aiuto nelle indagini storiche. Il DNA antico però è difficile da analizzare a causa del basso tasso di resa e per la forte degradazione in piccoli frammenti, nonché per il problema della possibile contaminazione che potrebbe avvenire durante le analisi di laboratorio. Per questi motivi devono essere applicati rigorosi standard per l’autenticazione del DNA stesso. Il lavoro si basa su resti di bestiame rinvenuti a Ferento, un sito archeologico presso Viterbo (Italia centrale). Sono stati raccolti e analizzati 13 reperti ossei bovini del periodo Romano (~2100BP) e medievale (~1000BP) e 15 reperti ossei medievali ovini provenienti da 5 saggi diversi. Sono stati testati quattro protocolli per trovare il metodo che desse il risultato migliore in termini di resa. Nei reperti bovini sono stati analizzati geni nucleari con lo scopo di i) ottenere informazioni su quesiti relativi alle caratteristiche fenotipiche dei reperti impossibili da recuperare dal materiale fossile, come nel caso di tre geni del colore del mantello (MC1R, TYR e TYRP1) e ii) fornire un aiuto nell’autenticazione dei dati, ad esempio acquisire informazioni sugli scopi di allevamento, come nel caso dei geni legati alla determinazione del sesso (TSPY, ZFX/ZFY), analizzati per stabilire il sesso degli individui volte impossibile da determinare in base alle analisi morfometriche. Reperti ovini antichi sono stati messi a confronto con campioni moderni Europei e Medio orientali tramite l’amplificazione e il sequenziamento di piccoli frammenti della regione D-loop. Dati preliminari indicano che gli ovini di Ferento appartengono a due diverse linee mitocondriali: l’aplogruppo A (un insieme di animali provenienti da Medio Oriente, Asia ed Europa) e l’aplogruppo B (dominato da animali localizzati in Europa). Questo studio è stato utile anche per distinguere i resti di ovini (Ovis aries) e caprini (Capra hircus) dall’attribuzione morfometrica incerta, grazie alla regione mitocondriale esaminata, altamente polimorfica tra le due specie.