University of Oulu

Challenging DNA samples are valuable sources for genetic information of populations and individuals

Saved in:
Author: Heino, Matti1,2
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Science, Biology, Ecology and Genetics (EcoGen)
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 6.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526228815
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2021
Publish Date: 2021-03-31
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in the Oulun Puhelin auditorium (L5), Linnanmaa, on 9 April 2021, at 12 noon
Tutor: Professor Jouni Aspi
Professor Love Dalén
Docent Laura Kvist
Reviewer: Professor Päivi Onkamo
Research Professor Johanna Vilkki
Opponent: Professor Antti Sajantila
Description:

Abstract

In my PhD thesis, I have focused on studying challenging DNA-samples. In common to all the sub-projects is that the target DNA is badly preserved and the contamination risk from modern samples is high. All the samples under study have been in varying environmental conditions for varying amounts of time. In my research I therefore employed ancient DNA methods that have been developed to extract and amplify poor quality DNA. In all the sub-projects, we were able to gain information that would not have been possible to obtain by studying more conventional biological samples.

In article I, we studied whether non-invasively collected placentas of the Saimaa ringed seal (Pusa hispida saimensis) could be utilized in individual identification and population monitoring. The umbilical cord proved to give a reliable genotype of the pup and therefore placentas can be used in genetic monitoring of the population. In article II, I investigated the geographical origin of poorly documented tiger samples from the Finnish museum of natural history. All the samples under investigation could be identified to subspecies levels, and among them I observed for example a Javan tiger (Panthera tigris sondaica), which is extinct. In article III, I studied the domestication history of goose (Anser anser) using bones collected from archaeological sites in Russia. The majority of the studied samples belonged to genetic lines that are typical for domestic goose, but I also observed lines that have not been observed among domestic geese. In article IV, I studied what kind of role reindeer (Rangifer tarandus) has had in the contacts of the Sámi and the Swedes in the Middle Ages, by studying DNA from samples originating from archaeological sites. The genetic results suggest that the samples under investigation are more likely to originate from wild forest reindeer than domestic reindeer. In article V, I investigated whether the reindeer population that lived in the forest region in Tatarstan 4000 years ago had gone extinct or whether there is genetic continuation from this population among modern populations. I observed genetic continuity between the historical reindeer from Tatarstan and the wild reindeer from the taiga zone of northeastern part of European Russia.

see all

Tiivistelmä

Olen väitöskirjatutkimuksessani keskittynyt haastavien DNA-näytteiden tutkimiseen. Yhteistä kaikille osatöilleni on se, että tutkimuksen kohteena olevien näytteiden DNA on huonosti säilynyttä, ja kontaminaatioriski moderneista näytteistä niihin on suuri. Kaikki tutkimuksen kohteena olevat näytteet ovat olleet vaihtelevissa ympäristöolosuhteissa pidempiä tai lyhyempiä aikoja. Tutkimuksissani sovellettiinkin huonolaatuisen DNA:n käyttöön kehitettyjä muinais-DNA:n eristys- ja monistusmenetelmiä. Kaikissa osatutkimuksissa onnistuttiin hankkimaan tutkimustietoa, jota ei olisi saatu tutkimalla tavanomaisempia biologisia näytteitä.

Artikkelissa I selvitettiin luonnosta kerättyjen saimaannorpan (Pusa hispida saimensis) istukoiden soveltuvuutta yksilöntunnistukseen ja populaation seurantaan. Istukan napanuoran kohdalta otetun näytteen todettiin soveltuvan luotettavasti poikasen genotyypin määrittämiseen ja täten istukkanäytteet soveltuvat hyvin populaation geneettiseen seurantaan. Artikkelissa II selvitin Suomen luonnontieteellisen keskusmuseon kokoelmissa puutteellisilla löytöpaikkatiedoilla olevien tiikerinäytteiden alkuperää. Kaikki tutkimuksen kohteena olevat näytteet onnistuttiin määrittämään alalajilleen, ja joukossa todettiin olevan mm. jo sukupuuttoon kuollut jaavantiikeri (Panthera tigris sondaica). Artikkelissa III tutkittiin hanhen (Anser anser) domestikaation historiaa venäläisiltä arkeologisilta kohteilta peräisin olevista luista. Suurin osa tutkituista näytteistä kuului geneettisiin linjoihin, jotka ovat tyypillisiä kesyhanhella, mutta näytteistä löytyi myös linjoja, joita ei kesyhanhella ole tavattu. Artikkelissa IV tutkittiin peuran (Rangifer tarandus) roolia saamelaisten ja ruotsalaisten välisissä kontakteissa keskiajalla mm. tutkimalla DNA:ta arkeologisilta kohteilta peräisin olevista peuran luista. Geneettiset tulokset viittaavat, että tutkimuksen kohteena olevat näytteet ovat todennäköisemmin peräisin villistä metsäpeurasta kuin kesytetystä porosta. Artikkelissa V selvitettiin ovatko Tatarstanin metsäalueella 4000 vuotta sitten esiintynyt peurapopulaatio kuollut sukupuuttoon, vai löytyykö tästä populaatiosta jatkumoa jossain nykyisessä populaatiossa. Tatarstanin historiallisten peurojen ja Venäjän puolisen koillis-Europan taigavyöhykkeen villien metsäpeurojen välillä havaittiin geneettistä jatkumoa.

see all

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

  1. Valtonen, M., Heino, M., Aspi, J., Buuri, H., Kokkonen, T., Kunnasranta, M., Palo, J. U., & Nyman, T. (2015). Genetic Monitoring of a Critically-Endangered Seal Population Based on Field-Collected Placentas. Annales Zoologici Fennici, 52(1–2), 51–65. https://doi.org/10.5735/086.052.0205

  2. Heino, M. T., Granroth, J., Aspi, J., & Pihlström, H. (2018). A Previously Undescribed Javan Tiger Panthera tigris sondaica Specimen, and Other Old, Rare Tiger Specimens in the Finnish Museum of Natural History. Mammal Study, 44(1). https://doi.org/10.3106/ms2018-0036

  3. Honka, J., Heino, M., Kvist, L., Askeyev, I., Shaymuratova, D., Askeyev, O., Askeyev, A., Heikkinen, M., Searle, J., & Aspi, J. (2018). Over a Thousand Years of Evolutionary History of Domestic Geese from Russian Archaeological Sites, Analysed Using Ancient DNA. Genes, 9(7), 367. https://doi.org/10.3390/genes9070367

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  4. Salmi, A.-K., & Heino, M. T. (2018). Tangled Worlds: The Swedish, the Sámi, and the Reindeer. International Journal of Historical Archaeology, 23(1), 260–282. https://doi.org/10.1007/s10761-018-0465-2

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  5. Heino, M. T., Askeyev, I. V., Shaymuratova (Galimova), D. N., Askeyev, O. V., Askeyev, A. O., van der Valk, T., Pečnerová, P., Dalén, L. & Aspi, J. (2019). 4000-year-old reindeer mitogenomes from the Volga-Kama region reveal continuity among the forest reindeer in northeastern part of European Russia. Arheologiâ evrazijskih stepej, 4, 179-190.

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-952-62-2881-5
ISBN Print: 978-952-62-2880-8
Issue: 756
Type of Publication: G5 Doctoral dissertation (articles)
Field of Science: 1181 Ecology, evolutionary biology
1184 Genetics, developmental biology, physiology
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2021. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.