Генетическое разнообразие коренного населения Сибири и Средней Азии по полиморфным Alu-инсерциям

Традиционно прошлое исследуется археологами, историками и антропологами. С середины XX века к когорте этих исследователей подключились и молекулярные генетики, чьи исторические реконструкции основываются на аспектах генетического полиморфизма, представляющего собой уникальную запись генетической истории. Результаты по генетическому разнообразию популяций, получаемые с использованием различных систем генетических маркеров, позволяют детализировать генетическую историю как отдельных регионов или расово-этнических групп, так и человечества в целом (Осипова Л.П. и др., 2000; Голубенко М. В., 1998; Пузырев В. П. и др., 1999; Тарская Л. А. и др., 2002; Cavalli-Sforza L.L. et al., 1994).

Этногеномные исследования, связанные с генетической реконструкцией процессов происхождения современного человека, его последующего расселения на территории земного шара, эволюционной и демографической историей отдельных регионов или расово-этнических групп, проводятся различными научными центрами по всему миру (Деренко М.В., Малярчук Б. А., Захаров И. А., 2002; Лимборская С. А., Хуснутдинова Э. К., Балановская Е. В., 2002; Степанов В. А., 2000; Сукерник Р. И., 1996; Batzer М.А., Stoneking М&bdquo- 1994; Hammer M.F. et al., 1998; UnderhiИ P.A. et al., 2000; Wallace D.C., 1995).

Население различных регионов мира весьма специфично по своим генетическим характеристикам, что обусловлено историей расселения человека, особенностями этногенеза, микроэволюционными факторами, изменениями частот генов и генотипов в популяциях, а также историей миграций, завоеваний и смешением популяций. В течение последних нескольких лет на стыке таких наук как генетика, география, эволюция и история возникло новое научное направление — геногеография. Накопленный обширный материал по генетике народонаселения дает возможность увидеть не только картину наследственной изменчивости отдельных этнических групп, но и процессы, под влиянием которых сформировалась структура генофондов наблюдаемая в настоящее время (Кучер А.Н., 2001; Рынков Ю. Г. и др., 1985).

В настоящее время накоплен уже достаточно большой массив данных по белковым системам (Mourant et al. А.Е., 1976; Генофонд и геногеогра-фия., 2000 и др.), позволяющий оценивать общемировую картину распределения маркеров, выявлять закономерности и механизмы этого распределения, делать выводы о характере генетико-демографических процессов на разных иерархических уровнях организации человеческого общества (Cavalli-Sforza L.L. et al., 1994; Балановская Е. В., 1998). К концу 90-х гг. был накоплен обширный материал и по генетическому полиморфизму мтДНК (Wallace D.C., 1995; Jorde L.B. et al., 1998; Голубенко M.B., 1998; Салюков В. Б. и др., 2000 и др.) и различных аутосомных ДНК-маркеров (Stoneking М., 1997; Bowcock A.M. et al., 1994; и др.), освещающий различные стороны генетического разнообразия населения земного шара.

В то же время, многообразное по происхождению и этническому составу население Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока остается малоизученным с точки зрения генетического полиморфизма. Наряду с обилием этнографических, лингвистических и антропологических данных об этногенезе этих народов неясными остаются вопросы о генетических взаимоотношениях этносов и о вкладе различных предковых групп в их современный генофонд. Расширение спектра изучаемых генетических маркеров у населения этих регионов тем более необходимо, поскольку Сибирь и Средняя Азия были областью соприкосновения самых разнообразных этнокультурных и антропологических элементов, проникавших сюда из сопредельных территорий.

Согласно археологическим и палеоантропологическим данным, человек современного типа начал заселять Северную Азию со времени верхнего палеолита (50 тыс. лет назад). Однако число известных археологических памятников на этой территории невелико, и все они сравнительно однородны, за исключением двух стоянок — Мальты и Бурети на Ангаре и ее притоке.

Белой. Археологи отмечают, что там традиции в пещерной живописи, обработке камня и т. д. напоминают европейские. Палеоантропологические находки этого времени довольно редки и фрагментарны, однако в целом они свидетельствуют о доминировании монголоидных признаков у древнего населения Северной Азии. Между тем ряд фактов указывает на то, что степная часть Центральной Азии — от Алтая, Хакасии, Тувы и до Внутренней Монголии была ареной взаимодействия групп монголоидного и европеоидного происхождения (Алексеев В.П., 1989). Популяции европеоидного и смешанного происхождения широко расселились на указанных территориях уже в эпоху неолита. Однако культурная преемственность археологических памятников уводит генезис неолитического населения юга Сибири к более раннему времени (Алексеев В.П., 1989; Алексеев В. П., Гохман И. И., 1984).

Полиморфные Alu-повторы, в настоящее время, наряду с такими системами генетических маркеров как микросателлиты, SNP (однонуклеотидные полиморфизмы), широко используются для характеристики структуры генофондов современных популяций и анализа эволюции популяций человека. Полиморфизм Alu-инсерций является удобным маркером для этих исследований. Исследования по генетическому разнообразию популяций человека с помощью Alu-повторов ведутся в нескольких исследовательских центрах США и Европы. Полученные данные позволили охарактеризовать спектр генетического разнообразия по Alu-инсерциям у населения мира и подтвердить основные миграционные пути заселения территории земного шара человеком современного типа (Stoneking М. et al., 1997) — уточнить генетические взаимоотношения между различными группами американских индейцев (Novick G.E. et.al., 1998) — рядом кавказских этносов и реконструировать генетико-исторические связи между некоторыми коренными этническими группами Индостана (Majumder P.P. et al., 1999).

Alu-элементы представляют собой димеры приблизительно 300 п.н., составляют более 10% всего генома человека и перемещаются посредством ретропозиции (Bartzer М.А., Deininger P.L., 2002). По-видимому, Aluповторы сыграли важную роль в эволюции генома. Выделяют 14 подсемейств Alu в зависимости от их возраста, эволюционного происхождения и степени гомологии. Некоторые из подсемейств Alu-повторов, представленных в геноме человека, встроились в новые локусы сравнительно недавно и полиморфны в современных популяциях человека. Те из копий Alu-повторов, перемещение которых пришлось на время этнической дивергенции современного человека, представляют интерес в качестве полезных маркеров для эволюционно-генетических исследований.

Цель работы: На основе разнообразия генофондов по полиморфным локусам Alu-повторов осуществить реконструкцию генетических взаимоотношений между коренными этническими группами Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока.

Задачи исследования:

1. Оценить генетическое разнообразие в популяциях принадлежащих к различным этническим группам Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока с использованием 8 полиморфных Alu-повторов (АСЕ, FXIIIB, APOAI, PLAT, PV92, CD4, А25, D1).

2. Оценить уровень генетической дифференциации на основе показателей межпопуляционной вариабельности и межпопуляционных генетических расстояний.

3. Провести анализ генетических взаимоотношений между исследованными популяциями и уточнить некоторые аспекта этногенеза коренных популяций Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока.

4. Провести анализ потока генов на территории Северной Евразии.

5. Оценить уровень корреляции генетических дистанций между популяциями Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока с антропологическими, лингвистическими и географическими характеристиками.

Новизна исследования:

В работе впервые охарактеризован генофонд коренного населения Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока одновременно по 8 полиморфным локусам Alu-повторов (АСЕ, FXIIIB, APOAI, PLAT, PV92, CD4, А25, D1). В результате исследования выявлены генетические взаимоотношения между этносами Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока, охарактеризованы процессы расселения и эволюции популяций на территории Северной Евразии. Выявлены «европеоидные» (западно-евразийские) и «монголоидные» (восточно-евразийские) частоты спектра комплекса Alu-повторов. Показан существенный вклад древнего европеоидного компонента в генофонд современных популяций Алтае-Саянского региона. В ходе работы получены новые знания в области генетики народонаселения и геногеографии.

Научно-практическая значимость:

В работе получены данные по полиморфизму Alu-повторов для ранее не обследованных популяций Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока. Результаты исследования имеют междисциплинарное значение, и будут представлять интерес для антропологов, этнографов, лингвистов и демографов, занимающихся проблемами истории народонаселения севера Евразии. Полученные данные могут быть использованы для изучения процессов формирования конкретных этнических групп, а также для реконструкции процессов заселения Евразии человеком в палеолите и неолите. Кроме этого результаты исследования могут быть применены для построения геногеографических карт и составления базы данных о генетическом разнообразии Севера Евразии. Полученные сведения могут так же быть использованы при чтении лекций в научно-педагогическом процессе на биологических факультетах. Изучение полиморфных вариантов ряда локусов генома, кандидатных в отношении мультифакторных заболеваний (АСЕ, APOAI, PLAT, F13B), может стать базой для дальнейших работ по молекулярной эпидемиологии этих болезней в коренных популяциях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Популяции Алтае-Саянского региона (северные алтайцы и тувинцы) характеризуются высоким уровнем генетического разнообразия, вследствие особенностей этногенетического развития этих популяций.

2. Низкое межпопуляционное разнообразие для тувинцев, эвенков и киргизов свидетельствует о единстве генофонда внутри этих коренных этносов. Якуты, буряты и алтайцы характеризуются относительно высоким межпопуляционным разнообразием.

3. Генофонд популяций Северной Евразии, представляющих различные географические регионы и лингвистические группы, является высоко дифференцированным. Генетическая дифференциация населения региона в наибольшей степени коррелирует с антропологическими характеристиками.

4. В процессе формирования своего генного пула популяции славян, среднеазиатских европеоидов, обских угров, а также население Алтае-Саян являлись реципиентами значительного потока генов извне рассматриваемой системы, что соответствует активным миграционным событиям в различные периоды их этногенеза.

Апробация работы:

Основные результаты работы были представлены на итоговой конференции «Татьянин день» по результатам российского научного конкурса на лучшую студенческую работу студентов 1998 года по разделу «медицинские работы» (Москва, 1999) — 31-й конференции Европейского общества генетики человека (Annual Meeting of theEuropean Socity of Human GeneticsGeneva, 1999) — XXXVII и XXXVIII международных научных студенческих конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 1999; 2000) — на V и VI итоговых конференциях НИИ МГ «Генетика человека и патология».

Томск, 2000; 2002) — 1-ой международной конференции «Проблема вида и видообразования» (Томск, 2000) — на втором (четвертом) российском съезде ф медицинских генетиков (Курск, 2000) — международной конференции «Biodiversity and Dynamics of Ecosystems in North Eurasia» (BDENE, Novosibirsk, 2000) — на международном симпозиуме «Молекулярные механизмы генетических процессов и биотехнология» (Москва, 2001) — научных семинарах НИИ Медицинской генетики ТНЦ СО РАМН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы (6 в рецензируемых журналах, 8 статей в сборниках, 7 тезисов в отечественных материалах и 3 в зарубежных). Щ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 164 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, глав «Материалы и методы исследования» и «Результаты исследования и обсуждение», заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа проиллюстрирована 24 таблицами и 23 рисунками.

Список литературы

включает 212 источников, из них 99 работ отечественных авторов и 113 зарубежных.

ВЫВОДЫ.

1. Коренные этнические группы Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока по полиморфным локусам Alu-повторов характеризуются высоким уровнем генетического разнообразия (Не = 0.25−0.42). Наибольший уровень генетического разнообразия показан в популяциях северных алтайцев (Не = 0.41) и тувинцев (Не= 0.36), что отражает особенности формирования данных этнических групп на базе разнородных по происхождению генетических компонентов.

2. Доля межпопуляционных различий в общем генетическом разнообразии наиболее высока для популяции якутов (Gst= 2.1%), бурят (GSt= 1.98%) и алтайцев (Gst= 1.7%), а для тувинцев, эвенков и киргизов значение этой составляющий не превышает 1,5%, что свидетельствует о большей однородности их генофондов.

3. Генофонд популяций Северной Евразии, представляющих различные географические регионы и лингвистические группы высоко дифференцирован: значение коэффициента GSt, полученного с помощью полиморфных локусов Alu-повторов, составило 7.5%. Наибольший вклад в меж-популяционное разнообразие народов Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока вносят различия по частотам Alu-инсерций в локусах PV92 (GSt = 12.6%), APOAI (GST = 12%), F13B (GST = 11.7%) и CD4 (GST = 10.1%).

4. Анализ полиморфных Alu-инсерции позволил уточнить некоторые аспекты этногенеза коренных популяций Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока. Подтверждена одна из гипотез происхождения кетов на территории Алтае-Саян и показана общность генофонда таджиков и узбеков.

5. Для популяций славян (русские, украинцы), среднеазиатских европеоидов (таджики, узбеки), обских угров (ханты, манси), а также коренного населения Алтае-Саян (тувинцы, алтайцы) показан значительный внешний поток генов, что предполагает активные миграционные события в генетической истории этих этносов.

6. Генетические дистанции между этно-территориальными группами Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока полученные с использованием Alu-полиморфизма достоверно связаны с антропологическими характеристиками популяций (г = 0.62), географическими дистанциями (г = 0.54), и в меньшей степени с дерматоглифическими и лингвистическими характеристиками (г = 0.40 и 0.31 — соответственно).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящей работе охарактеризованы генетические взаимоотношения между коренными этническими группами Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока на основе разнообразия их генофондов по полиморфным аутосом-ным локусам (АСЕ, F13B, АРОА1, PLAT, PV92, CD4, А25, D1). Всего в работе обследовано 2383 неродственных индивида из 34 популяций 19 этнических групп Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии и Восточной Европы. Показано, что популяций коренных народов Сибири характеризуются ал-лельными частотами типичными и для других азиатских популяций.

Высокий уровень ожидаемой гетерозиготности показан для популяций северных алтайцев и тувинцев. Полученные для популяций тувинцев результаты согласуется с данными по распространенности и степени накопления фамилий (родоплеменных групп) (Пузырев и др., 1999), результатами анализа рестрикционного полиморфизма D-петли мтДНК, а также анализа микро-сателлитных гаплотипов Y-хромосомы (Степанов, Пузырев, 2000). Таким образом, можно говорить о подразделенности генофондов алтае-саянских народов.

Значение коэффициента генной дифференциации для популяций Северной Евразии оказалось достаточно высоким и составило 7.5%, что сопоставимо с данными по другим географическим регионам. Наиболее дифференцирующими из представленных локусов оказались PV92 (Gst = 12.6%), АРОА1 (GST = 12%), F13B (GST = 11.7%) и CD4 (GST = 10.1%).

Доля межпопуляционных различий в общем генетическом разнообразии наиболее высока для популяций якутов (Gst = 2.1%), бурят и алтайцев (Gst = 1.98% и 1.7% - соответственно), а для остальных исследованных этносов доля межпопуляционных различий еще ниже. Это позволяет говорить о большей однородности генофонда внутри исследованных коренных этносов (тувинцев, эвенков, киргизов), являющегося, вероятно, следствием единства происхождения конкретных этнических групп или особенностей миграционных процессов на данной территории.

При иерархическом анализе генетической дифференциации в территориальных, лингвистических и антропологических группах максимальное значение получено для населения Сибирского региона, сопоставимое с данными для популяций Юго-Восточной и Западной Азии (Stoneking et al., 1997). Для популяций Средней Азии и Восточной Сибири показаны примерно равные значения Gst, что может быть объяснено разными популяционно-генетическими процессами, протекавшими на данных территориях. Формирование населяющих среднеазиатский регион народов сопровождалось разнонаправленными миграционными волнами, которые привносили на эту территорию различные антропологические типы, язык и культуру. Восточная Сибирь же, наоборот, является регионом, где миграционные процессы протекали гораздо менее интенсивно, однако отсутствие тесных межэтнических контактов, обусловленное территориальной разобщенностью, также привело к накоплению значительных межпопуляционных различий.

Несмотря на то, что для характеристики генетических взаимоотношений между популяциями использовались разные подходы, с их помощью были получены сходные результаты. Среди изученных этносов можно выделить несколько достаточно четких кластеров: европеоидные славянские популяции (русские и украинцы), обские угры (ханты и манси), европеоиды Средней Азии (таджики и узбеки), монголоиды Средней Азии (казахи и киргизы) и близкие им Южные Алтайцы, популяции Восточной Сибири (якуты, буряты, эвенки) и Дальневосточные этносы (эскимосы, чукчи, нивхи). В целом, в результате исследования уточнены взаимоотношения между этническими группами Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока и некоторые особенности их этногенеза. Показана четкая дифференциация популяций северных и южных алтайцев и подтверждена одна из гипотез происхождения кетов в Алтае Саянах. Выявлен древний палеолитический компонент в генофонде коряков и индо-иранский у таджиков, а также показана общность генофонда таджиков и узбеков.

При анализе потока генов на территории Северной Евразии показано, что популяции русских, украинцев, таджиков, узбеков, тувинцев, северных алтайцев, хантов и манси являются реципиентами значительного потока генов извне рассматриваемой системы. Это может быть связано с характером этногенеза представленных этносов, происходившего на фоне многочисленных перемещений значительных групп населения на этих территориях во время различных исторических и доисторических периодов. Для народов Восточной Сибири и Дальнего Востока, наоборот, характерен наименьший уровень обмена генами, что, вероятно, отражает процесс формирования генофонда народов этого региона в основном за счет небольшого числа базовых компонентов.

При анализе корреляции генетического разнообразия с антропологическими, географическими и лингвистическими параметрами показано, что ведущая роль принадлежит антропологическим и географическим факторам.

Таким образом, результаты анализа полиморфизма аутосомных локу-сов, представленных семью Alu-инсерциями и одной делецией фрагмента Alu-повтора в локусе CD4 в популяциях Северной Евразии позволяют говорить, что генофонды изученных этнических групп развивались на гетерогенной основе. Для популяций Южной и Западной Сибири, а также Средней Азии это обусловлено присутствием выраженного в различной степени европеоидного и монголоидного компонентов. Для населения Восточной Сибири и Дальнего Востока — разнообразием собственно монголоидных компонентов, как привнесенных в разное время из Центральной и Восточной Азии, так и автохтонных, последовательно развивавшихся в генофондах популяций начиная с эпохи палеолита.