Геногеографическое изучение народов Западного Кавказа

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГУ Медико-генетический научный центр РАМН

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Геногеографическое изучение народов Западного Кавказа

03.00.15 - Генетика

Почешхова Эльвира Аслановна

Москва 2008

Работа выполнена в лаборатории популяционной генетики человека ГУ Медико-генетический научный центр РАМН

Научный консультант: доктор биологических наук Балановская Елена Владимировна

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Козлова Светлана Ивановна

доктор медицинских наук, профессор Асанов Алий Юльевич

доктор медицинских наук, профессор Дадали Елена Леонидовна

Ведущая организация: Московский государственный медико-стоматологический университет

Защита состоится 2008 г. на заседании Диссертационного совета Д. 001.016.01 при ГУ Медико-генетический научный центр РАМН по адресу: 115478, Москва, ул. Москворечье, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ Медико-генетический научный центр РАМН

Автореферат разослан 2008 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор медицинских наук Р.А. Зинченко.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Изучение генетической изменчивости народонаселения мира и истории формирования его генофонда является одним из перспективных направлений современной генетики. Об актуальности проблемы свидетельствуют многочисленные исследования, проводимые во многих регионах мира. История формирования народонаселения Кавказа представляет собой одну из сложнейших фундаментальных проблем, в решении которой важная роль отводится популяционной генетике. Однако информация о населении Западного Кавказа даже по «классическим» генетическим маркерам слишком фрагментарна и требует дальнейшего пополнения. Данные о генофонде народов Западного Кавказа по ДНК маркерам практически отсутствуют в мировой литературе, и в результате огромный кавказский мир исчезает из знаний о молекулярно-генетическом полиморфизме человечества. Таким образом, имеющийся в настоящее время массив данных о генофондах многих народов Кавказа носит фрагментарный характер. Поэтому столь необходимо получение новой фактографической информации о генофонде населения Кавказа. Не менее важно провести обобщение новых и накопленных ранее данных, поскольку практически отсутствуют работы по комплексному анализу генофонда народов Кавказа как сложной популяционной системы.

Современная популяционная генетика человека располагает значительным арсеналом генетических маркеров - классических (генетико-биохимических, иммунологических, физиологических) квазигенетических (фамилии), аутосомных мультиаллельных ДНК маркеров (мини- и микросателлитных), аутосомных диаллельных ДНК маркеров (инсерционно-делеционного полиморфизма, Alu-повторов) и однородительских ДНК маркеров (митохондриальная ДНК). Весь перечисленный арсенал маркеров использован для характеристики генофонда народов Западного Кавказа. Поскольку каждый из четырех типов маркеров обладает собственной микроэволюционной траекторией, то их совокупность позволяет наиболее объективно прослеживать древние миграции, выявлять генетическое сходство и различия народов. Сравнение полиморфизма разных типов генетического полиморфизма является одной из важных методических задач данной работы и современной генетики в целом.

Другим важнейшим достижением популяционной генетики стал широкий спектр современных технологий исследования - многомерного статистического анализа (кластерный анализ, многомерное шкалирование, анализ главных компонент) и компьютерной картографии. Они позволяют прослеживать закономерности в становлении, как отдельных народов, так и групп народонаселения целых регионов. Все перечисленные возможности современной генетики использованы для изучения генофонда населения Западного Кавказа, выдвигая его в ряд наиболее многогранно изученных генофондов мира.

Исследование генетической структуры подразделенных популяций - одно из актуальных направлений популяционной генетики, так как именно в подразделенных популяциях протекает микроэволюционный процесс у большинства видов, включая человека. Система популяций Западного Кавказа является хорошим модельным объектом для изучения подразделенных популяций: он не только представляет собой высоко структурированную популяцию с множеством иерархических уровней, но и сам является важной региональной частью генофонда Евразии. Благодаря этому генофонд населения Западного Кавказа дает возможность последовательно изучить дифференциацию популяций на четырех уровнях их системной организации: на уровне элементарных популяций, на уровне субэтнических подразделений (племен), на этническом уровне и на уровне регионов Евразийской популяционной системы.

Это позволило решить и другую сложную, но актуальную проблему современной популяционной генетики - сравнение паттерна изменчивости разных типов генетических маркеров в популяциях разного масштаба. Такое сравнение впервые последовательно проведено на каждом уровне популяционной системы - от элементарных популяций до Евразийского генофонда. В результате создана широкая панорама изменчивости обширной панели генетических маркеров: ДНК маркеров (диаллельных, мультиаллельных, митохондриальных), классических генных маркеров, квазигенетических маркеров.

Автором проведено экспедиционное обследование широкого спектра народов Северного Кавказа - абхазов, адыгейцев, балкарцев, кабардинцев, казаков (кубанских и терских), карачаевцев, народов Дагестана, черкесов и чеченцев. Это обеспечило создание репрезентативных выборок, соответствующих мировым стандартам. Сравнительное изучение генофондов этих народов, представляющих три лингвистических семьи, проведено по идентичному набору генетических маркеров. Это позволило наиболее точно оценить как общий масштаб генетической изменчивости народов Западного Кавказа, так и особенности процессов этногенеза и этнической истории, отраженных в их генофонде.

Генетическое изучение народов Западного Кавказа позволяет выявить исторические пласты и взаимосвязи генофондов Европы, Кавказа и Юго-Западной Азии. Лингвистикой предполагается общность происхождения палеокавказских (древнекавказских) языков с ныне мертвыми языками Юго-Западной Азии: с одной стороны абхазо-адыгские языки сходны с хаттским (в древней Малой Азии), а с другой - нахско-дагестанские языки сходны с хуррито-урартским (Дьяконов, 1967; Дьяконов, Старостин, 1988). Кавказ как историческая область уже своим географическим положением играет роль своеобразного моста между регионами Евразии. Поэтому проведение широких сравнений между их генофондами является перспективным направлением в изучении истории населения Евразии.

Цель исследования: Выявить структуру генофонда народов Западного Кавказа и его положение в системе Евразийского генофонда; изучить генетическое разнообразие на разных уровнях популяционной системы населения Западного Кавказа по данным о различных типах генетических маркеров - молекулярно-генетических, классических и квазигенетических.

Задачи исследования:

1. Дать комплексную характеристику генофонда народов Западного Кавказа по данным о трех типах генетических маркеров: диаллельные аутосомные ДНК маркеры (Alu-повторы, инсерционно-делеционные); мультиаллельные аутосомные ДНК маркеры (минисателлитные, микросателлитные); классические генные маркеры (биохимические, иммунологические, физиологические).

2. Выявить дифференциацию на региональном уровне популяционной системы населения Евразии и оценить положение генофонда Западного Кавказа среди генофондов других регионов Евразии по трем типам маркеров: диаллельные и мультиаллельные аутосомные ДНК маркеры, классические генные маркеры.

3. Провести сравнительный анализ генофондов на этническом уровне популяционной системы по единому набору репрезентативных выборок, охватывающих народы Западного Кавказа и его соседей. Дать комплексную характеристику генетического разнообразия по трем типам маркеров: диаллельные и мультиаллельные аутосомные ДНК маркеры, классические генные маркеры.

4. Оценить генетическую изменчивость на субэтническом уровне популяционной системы (модельный объект - подразделенная популяция адыгейцев) по четырем типам генетических маркеров: диаллельные и мультиаллельные аутосомные ДНК маркеры, ДНК маркеры с однородительским наследованием (митохондриальный геном) и квазигенетические маркеры (фамилии).

5. Выявить дифференциацию генофонда на уровне элементарных популяций (модельный объект - подразделенная популяция шапсугов) по четырем типам маркеров: диаллельные и мультиаллельные аутосомные ДНК маркеры, классические и квазигенетические маркеры. Оценить динамику генофонда во времени (квазигенетические маркеры в шести поколениях адыгов-шапсугов).

6. Провести сравнительный анализ информативности разных типов генетических маркеров на четырех уровнях популяционной системы генофонда: региональный, этнический, субэтнический, элементарных популяций.

7. На разных уровнях популяционной организации населения Западного Кавказа оценить величину случайного инбридинга для прогнозирования груза наследственной патологии.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное изучение генофонда населения Западного Кавказа по широкому спектру ДНК маркеров (мини- и микросателлитных, инсерционно-делеционного полиморфизма, Alu-повторов, митохондриальной ДНК), классических генных маркеров (биохимических, иммунологических и физиологических маркеров) и квазигенетических (фамилии, родословные). Дана оценка информативности каждого типа генетических маркеров.

Проведено собственное масштабное экспедиционное обследование популяций коренного населения Кавказа: обследован обширный спектр популяций семи этносов Западного Кавказа (абхазы, адыгейцы, балкарцы, кабардинцы, казаки кубанские и терские, карачаевцы, черкесы) и двух этносов Восточного Кавказа (народы Дагестана, чеченцы).

Последовательно изучена генетическая изменчивость на четырех уровнях популяционной системы: региональном, этническом, субэтническом и элементарных популяций. Все популяции одного уровня исследованы по единому набору генетических маркеров. Это обеспечило решение основной задачи исследования - корректного сравнения изменчивости разных типов генетических маркеров на разных уровнях популяционной системы. С другой стороны, проведение исследования по большой и единой выборке генов и популяций обеспечило максимальную надежность характеристики генофонда народонаселения Западного Кавказа.

Впервые описан генофонд семи народов Западного Кавказа по квазигенетическим маркерам (фамилиям) и дан прогноз груза наследственной патологии (оценка случайного инбридинга).

Впервые исследована динамика генофонда во времени на протяжении шести поколений (на примере адыгейцев-шапсугов).

Практическая значимость. Созданная база данных о генофонде населения Кавказа и уникальные материалы, собранные в процессе работы (родословные, спектр фамилий, ДНК коллекции и др.) послужат основой для медико-генетического и эколого-генетического мониторинга населения Западного Кавказа. Такая база данных особенно важна в условиях нестабильности ситуации на Кавказе, когда ряд популяций оказывается недоступен для полноценного генетического исследования.

В результате собственных экспедиционных работ обследованы генофонды множества популяций (215 населенных пунктов) девяти этнических групп. Они представляют шесть республик Западного и Восточного Кавказа (Абхазия, Адыгея, Дагестан, Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкесия, Чечня) и Краснодарский край. Изучены семь этносов Западного Кавказа - абхазы, адыгейцы, балкарцы, кабардинцы, казаки (кубанские и терские) Казаки рассматриваются нами как субэтническая группа в составе русского народа., карачаевцы, черкесы; две этнических группы Восточного Кавказа - народы Дагестана, чеченцы. По квазигенетическим маркерам (фамилиям) обследованы семь этносов Западного Кавказа. Тотально собрана генеалогическая информация для адыгов-шапсугов.

Результаты изучения Кавказского генофонда важны для понимания истории формирования народонаселения многих регионов, как в России, так и за рубежом. Уровень генетической дифференциации популяций может служить ориентиром при прогнозе общего груза наследственной патологии. Результаты работы уже востребованы целым рядом научных и учебных коллективов, в сотрудничестве с которыми проводится работа - ГУ Медико-генетический научный центр РАМН, Институт молекулярной генетики РАН, Московский госуниверситет им. М.В. Ломоносова, Белгородский госуниверситет, Южный научный центр РАН, Эстонский биоцентр. Планируется публикация монографии с полными родословными адыгейских племен и картами распространения их фамилий, которая может быть адресована самому широкому кругу читателей в республике Адыгея. Также востребована информация о распространении фамилий у абазин, абхазов, кабардинцев, казаков, карачаевцев, черкесов.

Изучение генофондов народов Западного Кавказа имеет важное как теоретическое, так и практическое значение, поскольку его результаты могут быть применены в разных областях науки и ее практических приложений: в генетике, медицине, истории, этнографии, медико-генетическом консультировании. Собранный материал и полученные результаты его анализа создают уникальную базу для дальнейшего изучения роли популяционно-генетических факторов в распространенности наследственной патологии и могут послужить основой для планирования генетико-эпидемиологического обследования коренного населения.

Внедрение результатов исследования.

Полученные результаты диссертационного исследования внедрены в педагогическую практику на кафедре биологии с курсом медицинской генетики Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Кубанский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» и на кафедре нормальной и патологической физиологии с курсом биологии Адыгейского филиала Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Кубанский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» в г. Майкопе.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Генофонд населения Западного Кавказа по данным о ДНК и классических генных маркерах вместе с генофондами Восточного Кавказа и Закавказья занимает промежуточное положение между генофондами Азии и Европы: он наиболее близок к генофонду народов Юго-Западной Азии, а также генетически сходен с населением Балкан, Южной и Восточной Европы.

2. Диаллельные ДНК и классические маркеры являются высоко информативными системами при анализе структуры Евразийских генофондов на региональном уровне иерархической популяционной системы.

3. Диаллельные и мультиаллельные ДНК маркеры наиболее информативны при изучении этнического уровня населения Западного Кавказа (абхазы, адыгейцы, балкарцы, кабардинцы, казаки, карачаевцы, черкесы) и Восточного Кавказа (народы Дагестана, чеченцы). Положение изученных народов в генетическом пространстве соответствует данным антропологии и этнологии об их этногенезе.

4. Изучение на субэтническом уровне популяционной системы (племена) выявило высокую информативность аутосомных ДНК маркеров. Обнаружено высокое генетическое разнообразие популяций по мтДНК. Уровень случайного инбридинга в основных субэтнических группах различается на порядок.

5. Анализ на уровне элементарных популяций обнаружил высокую подразделенность популяционной системы и ее устойчивость во времени.

6. По эффективности анализа подразделенных популяций генетические маркеры можно расположить в следующем порядке: диаллельные ДНК маркеры, мультиаллельные ДНК маркеры, классические генные маркеры. Квазигенетические маркеры (фамилии) целесообразно использовать как важный дополнительный источник информации о разнообразии популяций.

7. Для каждого типа маркеров можно выделить те уровни изученной популяционной системы, на которых они наиболее эффективно выявляют дифференциацию популяций. Для диаллельных ДНК маркеров - это региональный, этнический и субэтнический уровни. Для мультиаллельных ДНК маркеров - уровни этнический, субэтнический и элементарных популяций. Для классических маркеров - региональный уровень и элементарных популяций.

8. Квазигенетические маркеры эффективно оценивают дифференциацию народов Западного Кавказа.

Апробация работы. Работа представлялась на I Республиканской научной конференции медицинских генетиков Таджикистана (Душанбе, 1989); Краевой научно-практической конференции молодых ученых “Развитие социально-культурной сферы Кубани” (Краснодар, 1994); Региональной Научно-практической конференции “Биосфера и человек” (Майкоп, 1997), на II Всероссийском популяционном семинаре “Жизнь популяции в гетерогенной среде” (Йошкар-Ола, 1998); I Международной конференции Российского Отделения Европейской антропологической ассоциации (Москва,1998); Международной научно-практической конференции «Биосфера и человек» (Майкоп, 1999); III, V, VII Конгрессах антропологов и этнографов России (Москва, 1999; Омск, 2003; Саранск, 2007); II и III съездах ВОГиС (С-Петербург, 2000; Москва, 2004); V съезде Российского общества медицинских генетиков (Уфа, 2005); Международной конференции «Антропология на пороге III тысячелетия» (Москва, 2002; 2004); Human Genome Meeting (Shanghai, China, 2002); International Anthropological Congress “Anthropology and Society” (Praga, 2003); The American Society of Human Genetics, 53th Annual Meeting (Los Angeles, USA, 2003); Третьих антропологических чтениях памяти академика В.П. Алексеева. «Экология и демография человека в прошлом и настоящем» (Москва, 2004); Международной конференции «Генетика в России и мире, посвященной 40-летию Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН» (Москва, 2006); Международной конференции памяти академика В.П. Алексеева «Экология и демография человека в прошлом и настоящем» (Москва, 2007).

Личный вклад автора. Автором в течение ряда лет было организовано и проведено экспедиционное обследование генофонда населения шести республик Кавказа и Краснодарского края. Популяционно-генетическим обследованием охвачено 215 населенных пунктов девяти этнических групп: абхазы, адыгейцы, балкарцы, кабардинцы, казаки (кубанские и терские), карачаевцы, народы Дагестана, черкесы, чеченцы. Общая численность выборки составила 2059 человек.

Для всех обследованных составлены родословные на глубину не менее 3 поколений. Тотально собрана генеалогическая информация для всех адыгов-шапсугов (18 аулов, 9762 чел.) на глубину 6-8 поколений.

Собраны данные о частотах фамилий населения Кавказа. Банк данных охватывает фамилии около 90 тыс. человек, представляющих 87 популяций 7 этносов (абазины, абхазы, адыгейцы, кабардинцы, казаки, карачаевцы, черкесы).

Автором проведено выделение ДНК и генотипирование ряда аутосомных мультиаллельных ДНК маркеров: по локусу D1S80 - 1193 человек (абхазы, адыгейцы, кабардинцы, казаки кубанские, народы Дагестана, черкесы); по локусу ApoB - 855 человек (абхазы, адыгейцы, казаки кубанские, черкесы).

Автором проведено генотипирование по восьми диаллельным ДНК маркерам (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, А25, В65, CCR5del32) 1297 человек (абхазы, адыгейцы, кабардинцы, казаки кубанские, народы Дагестана, черкесы, чеченцы).

Автором самостоятельно проведен практически весь объем статистического анализа диссертации - от расчета частот аллелей до многомерного статистического анализа методами генетических расстояний, двух вариантов кластерного анализа, многомерного шкалирования, анализа главных компонент и оценки факторных нагрузок, корреляционного анализа, а также анализ квазигенетических маркеров у семи народов Западного Кавказа и оценка случайного инбридинга, позволяющего прогнозировать возможный груз наследственной патологии. В сотрудничестве с коллегами проведен статистический анализ мтДНК и геногеографический анализ квазигенетических маркеров у адыгейцев, анализ родословных в шести поколениях.

Автором создан банк данных о распределении аутосомных ДНК маркеров в населении Евразии, размещенный на сайте www.genofond.ru. Банк содержит информацию о распределении частот 170 аллелей 25 локусов (классических, диаллельных ДНК и мультиаллельных ДНК маркеров) суммарно среди 126 этносов и 17 регионов Евразии.

Публикации. Основные результаты исследования опубликованы в 58 научных работах, в том числе 16 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для защиты докторских диссертаций.

Структура и объем работы. Работа изложена на 298 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, заключения, выводов, списка литературы, содержащего 668 источников, из которых 328- иностранные, и приложений. Работа иллюстрирована 49 таблицами и 85 рисунками (включая карты).

Содержание работы

Материалы и методы

Материалы

Согласно цели и задачам исследования рассмотрена популяционная система населения Западного Кавказа на различных иерархических уровнях: 1) региональный уровень - генофонд народов Западного Кавказа среди регионов Евразии; 2) этнический уровень - генетическое разнообразие народов Западного Кавказа; 3) субэтнический уровень (племена) - подразделенная популяция адыгейцев; 4) уровень элементарных популяций - одно из адыгейских племен (шапсуги).

Результаты основаны на собственных данных о населении генофонда шести республик Кавказа (Абхазия, Адыгея, Дагестан, Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкесия, Чечня) и Краснодарского края. Популяционно-генетическим обследованием охвачено 215 населенных пунктов девяти этнических групп: абхазы, адыгейцы, балкарцы, кабардинцы, казаки (кубанские и терские), карачаевцы, народы Дагестана, черкесы, чеченцы. Общая численность суммарной выборки составила 2059 человек.

Проведен анализ пяти типов генетических и квазигенетических маркеров (таблица 1).

1. Классические маркеры (31 аллель 12 локусов): ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3, PGM1, ABO, RH, PTC, CER.

2. Аутосомные диаллельные ДНК маркеры (16 аллелей 8 локусов): АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, A25, B65, ССR5del32.

3.Аутосомные мультиаллельные ДНК маркеры (125 аллелей 5 локусов): D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLА.

4. Однородительские ДНК маркеры (37 гаплогрупп митохондриальной ДНК).

5. Квазигенетические маркеры: данные о частотах фамилий 90 тыс. человек, представляющих 87 популяций семи народов Кавказа; фамилии в родословных на глубину 6 поколений (собраны тотально для всех шапсугов).

Кроме собственных данных в анализ включен значительный объем литературной информации, полученной из Банка данных “GENE POOL” (рук. Е.В. Балановская, ГУ МГНЦ РАМН), из отечественных и зарубежных сводок данных [Генофонд и геногеография народонаселения, 2000; Cavalli-Sforza et al., 1994], а также из широкого круга научных публикаций. Созданная автором база данных размещена на сайте: www.genofond.ru: данные по аутосомным маркерам (170 аллелей 25 локусов) охватывают 126 этносов 17 регионов Евразии (суммарно - более 105 тыс. человек).

Таблица 1. Анализируемые маркеры и популяции

МАРКЕРЫ	РЕГИОНЫ И НАРОДЫ
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ
1	Аутосомные генетические маркеры	126 этносов из 17 регионов: Западный, Восточный и Центральный Кавказ, Закавказье, Западная, Восточная и Южная Европа, Балканы, Южный Урал, Приуралье, Зауралье, Сибирь, Дальний Восток, Центральная, Восточная, Южная и Юго-Западная Азия
	Диаллельные ДНК	8 локусов, 16 аллелей	109 народов
	Мультиаллельные ДНК	5 локусов, 125 аллелей	53 народа
	Классические	12 локусов, 31 аллель	67 народов
2	Однородительские генетические маркеры
	мтДНК	37 гаплогрупп	342 чел.	Адыгейцы
КВАЗИГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ
3	Фамилии
	Похозяйственные книги сельсоветов	5515 фамилий	87 256 чел.	Абазины, абхазы, адыгейцы, кабардинцы, казаки, карачаевцы, черкесы.
4	Фамилии, демографическая информация
	Родословные	170 фамилий	18 аулов, 9762 чел.	Шапсуги тотально (Кубань и побережье Черного моря)

Основные принципы анализа

1. Выбор иерархического уровня анализируемых популяций. Проведен анализ на четырех уровнях популяционной системы: региональный, этнический, субэтнический и элементарных популяций. Однако для наибольшей полноты картины на этническом уровне проведено два варианта сравнительного анализа этносов Западного Кавказа: «этносы среди этносов» и «этносы среди регионов» Евразии.

а) «Этносы среди этносов»: сравнение проведено с народами из тех регионов, которые оказались генетически близки к генофонду Западного Кавказа.

б) «Этносы среди регионов»: сравнение этносов Западного Кавказа проведено с генетически близкими регионами. Это позволило провести анализ этнической изменчивости Западного Кавказа в контексте различий региональных генофондов.

2. Организация сравниваемых этносов и регионов по историко-географическому принципу. В тех случаях, когда не все регионы в литературных данных были представлены по полной панели маркеров, проводилось объединение регионов в макрорегионы.

3. Анализ генофондов на основе единой репрезентативной выборки генов. Для этого использованы пять панелей аутосомных генетических маркеров:

а) диаллельные аутосомные ДНК маркеры - 16 аллелей, 8 локусов (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, А25, В65, CCR5del32);

б) мультиаллельные аутосомные ДНК маркеры - 125 аллелей 5 локусов (D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLA);

в) совокупность аутосомных ДНК маркеров - 139 аллелей, 13 локусов (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, А25, В65, CCR5del32; D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLA);

г) классические генные маркеры - 31 аллель, 12 локусов (ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3, PGM1, PTC, CER);

д) анализ всей совокупности аутосомных маркеров (классических и ДНК) - 170 аллелей, 25 локусов (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, А25, В65, CCR5del32; D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLA, ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3, PGM1, PTC, CER).

4. Проведение двух вариантов анализа: «А» - по наибольшему числу маркеров; «Б» - по наибольшему числу популяций. Вариант анализа «А» охватывает наибольшее число этносов и регионов Евразии, но представлен по меньшей панели маркеров. В варианте «Б» мы расширяем панель анализируемых маркеров и тем самым увеличиваем надежность результатов сравнения, но в анализ входит меньшее число этносов и регионов. Сравнение результатов двух вариантов анализа позволяет выявить наиболее полную и корректную картину соотношения популяций, получить наиболее объективные и надежные результаты.

5. Анализ генофонда разными методами многомерной статистики. Использование разных методов анализа (на основе генетических расстояний - кластерный анализ, многомерное шкалирование; на основе корреляционных матриц - факторный анализ) для одних и тех же маркеров позволяет провести взаимопроверку и поиск наиболее устойчивых закономерностей, не зависящих от способа анализа. Это дает возможность увидеть, какие соотношения и закономерности варьируют при смене метода. Для наибольшей объективности анализа визуализация генетических расстояний проведена с помощью двух разных методов: многомерного шкалирования и кластерного анализа (дендрограммы). Для наибольшей объективности анализа дендрограммы также построены двумя методами, считающимися наиболее достоверными, - Уорда и средних связей.

6. Широкое привлечение данных о квазигенетических маркерах. Семь этнических генофондов - 87256 человек из 87 сельских популяций описаны по квазигенетическим маркерам (фамилиям). Изучена пространственная структура подразделенного генофонда адыгейцев тотально по квазигенетическим маркерам (1340 фамилий из 61 аула). Проведено геногеографическое изучение динамики пространственной структуры генофонда подразделенной популяции. Полученные оценки случайного инбридинга позволяют прогнозировать груз наследственной патологии.

Статистический анализ.

По данным о частотах аллелей в локальных популяциях рассчитаны невзвешенные средние частоты аллелей в этносах, затем невзвешенные средние частоты аллелей для регионов Евразии. По данным о частотах аллелей рассчитаны генетические расстояния М. Nei (1975) в программе DJ genetic (версия 0.03 beta), разработанной к.б.н. Ю.А. Серёгиным и д.б.н. Е.В. Балановской (ГУ МГНЦ РАМН). Дальнейший анализ осуществлялся в пакете Statistica 6.0. На основе матриц генетических расстояний проведен кластерный анализ (методами средних связей и Уорда) и многомерное шкалирование (достоверность результатов оценивалась по величине стресса, коэффициенту алиенации и кривой Шепарда). На основе корреляционных матриц проведен факторный анализ по методу главных компонент. Результаты признавались надежными, если они подтверждались всеми видами статистического анализа. генофонд этнический кавказ

Картографо-статистический анализ проведен с помощью оригинального программного обеспечения, разработанного под рук. д.б.н. Е.В. Балановской (ГУ МГНЦ РАМН); карты генетических расстояний рассчитывались согласно Nei (1975) и Cavalli-Sforza, Bodmer (1971); расчет главных компонент проводился по корреляционной матрице карт с нормированной дисперсией главных компонент и оптимизацией решения. Компьютерная технология для анализа динамики генофонда во времени по данным о родословных и фамилиях разработана к.б.н. Ю.А. Серёгиным и д.б.н. Е.В. Балановской (ГУ МГНЦ РАМН).

Результаты и обсуждение

1. Региональный уровень: генофонд Западного Кавказа среди регионов Евразии. Число анализируемых аллелей, этносов и регионов Евразии по различным классам маркеров на региональном уровне иерархической популяционной системы Евразии (варианты анализа «А» и «Б») приведены в таблице 2.

Таблица 2 Число анализируемых аллелей, этносов и регионов Евразии по различным классам маркеров на региональном уровне популяционной системы

ПАНЕЛИ АУТОСОМНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ	ЧИСЛО
	локусов	аллелей	этносов	регионов
Диаллельные:
Вариант А (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, CCR5del32, А25, В65)	8	16	101	11
Вариант Б (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, CCR5del32)	6	12	109	16
Мультиаллельные:
Вариант А (D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLА)	5	116	25	5
Вариант Б (D1S80, ApoB, DM)	3	95	53	10
Совокупность ДНК маркеров:
Вариант А (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, CCR5del32, А25, В65, D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLА)	13	132	26	3
Вариант Б (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, CCR5del32, D1S80, ApoB, DM)	9	107	93	10
Классические:
Вариант А (ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3, PGM1, PTC, CER)	12	31	33	6
Вариант Б (ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3)	9	23	67	16
Аутосомные (классические и ДНК):
Вариант А (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, А25, В65, CCR5del32, D1S80, ApoВ, DM, SCA1, DRPLА, ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3, PGM1, PTC, CER)	25	163	26	3
Вариант Б (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, CCR5del32, D1S80, ApoВ, DM, ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3)	18	130	101	10

Примечание: Вариант «А» охватывает наибольшее число этносов и регионов Евразии, но они изучены по меньшей панели маркеров. Вариант «Б» охватывает большую панель анализируемых маркеров, но они изучены в меньшем числе народов и регионов.

Диаллельный ДНК полиморфизм. Результаты кластерного анализа, многомерного шкалирования и факторного анализа практически совпали, подтверждая объективность полученных результатов. Евразийский генофонд (рис. 1) подразделен на «западный мир» и «восточный мир» Евразии. Генофонд Западного Кавказа, вошедший в «западный мир», оказался наиболее близок к генофонду народов Юго-Западной Азии и Восточному Кавказу (d=0.002). При этом народы Западного Кавказа генетически ближе к населению Балкан (d=0.004), чем Закавказья (d=0.005). Генетические расстояния от генофонда Западного Кавказа до Южной Европы (d=0.007) меньше, чем до Восточной (d=0.010).

Рис. 1. Положение региональных генофондов Евразии по шести диаллельным аутосомным ДНК маркерам (АСЕ, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, CCR5del32)

Примечания: диаграмма двумерного шкалирования; число итераций-52; величина стресса Sо=0,04; коэффициент алиенации Ко=0,06; кривая Шепарда удовлетворительна.

Еще более генетически удалены от Западного Кавказа генофонды Приуралья (d=0.011) и Южного Урала (d=0.018). Максимально генетически далеки от Западного Кавказа генофонды Сибири (d=0.063), Дальнего Востока (d=0.099) и Восточной Азии (d=0.115). Полученные результаты согласуются с удаленностью изученных регионов от Западного Кавказа и в географическом, и антропоисторическом пространстве.

Регионы «восточного» кластера на графике двумерного шкалирования (рис. 1) образуют два практически равнобедренных треугольника. Вершиной обоих треугольников оказался генофонд коренных народов Сибири, а основания образованы генофондами народов Центральной и Восточной Азии, Дальнего Востока и Южной Азии: генетические расстояния от этих регионов восточного ствола Евразии до Сибири минимальны.

На этом графике ярко видно, что граница между западным и восточным «мирами» евразийского генофонда проходит по Зауралью. При этом Зауралье представляет собой не просто промежуточную, переходную зону смешений - оно явно отличается и собственным генетическим своеобразием, не сводимым только к чертам Западной и Восточной Евразии. Возможно, мы здесь видим проявление той «третьей расы», выделенной Виктором Валерьяновичем Бунаком в качестве третьей древней расы Северной Евразии. Народы Приуралья оказываются «на полпути» от народов Зауралья к народам Западной Евразии, к которой они в целом принадлежат.

Итак, по диаллельным ДНК маркерам генофонд народов региона Западного Кавказа оказался наиболее близок к генофондам Юго-Западной Азии, Восточному Кавказу, Закавказью, Балканам, Южной и Восточной Европе. Более значительны генетические расстояния от Западного Кавказа до генофонда Приуралья. Обнаружена одинаковая генетическая удаленность Западного Кавказа от Южного Урала и Западной Европы.

Таким образом результат, полученный на региональном уровне по диаллельным маркерам, несмотря на небольшое число аллелей дает картину, хорошо согласующуюся с общими представлениями об этногенетических процессах в Евразии.

Мультиаллельный ДНК полиморфизм

Мультиаллельные ДНК маркеры в целом также выделяют компактный кластер «западного» мира Евразии, окруженный генофондами населения Азии (рис. 2). К сожалению, среди данных об изученных нами мультиаллельных ДНК маркерах Юго-Западная Азия не представлена, и мы не можем судить о близости к ней генофонда народов Западного Кавказа. По степени возрастания генетических отличий от Западного Кавказа расположены Восточная Европа, Восточный Кавказ, макрорегион «Балканы+Южная Европа», Западная Европа, Приуралье, Южный Урал. К ним приближается генофонд Центральной Азии, а максимально далеки генофонды Южной Азии и макрорегиона «Зауралье+Сибирь+Дальний Восток», что хорошо визуализируется на графиках двух- и трехмерного шкалирования.

Рис. 2. Положение региональных генофондов Евразии по трем мультиаллельным локусам (D1S80, ApoB, DM)

Примечания: диаграмма двумерного шкалирования; число итераций-207, величина стресса Sо=0,009, коэффициент алиенации Ко=0,016, кривая Шепарда удовлетворительна

В целом можно констатировать, что мультиаллельные ДНК маркеры менее информативны для реконструкции сходства и различий регионов Евразии. Можно выдвинуть гипотезу, что вследствие большей вариабельности они отражают более поздние этапы истории генофондов. Однако причина малой информативности мультиаллельных ДНК маркеров может быть связана и с их малой изученностью среди генофондов Евразии.

Полиморфизм классических генетических маркеров

По данным о классических генных маркерах вновь, как и по диаллельным ДНК маркерам, Евразийский генофонд подразделился на «западный» и «восточный» миры (рис. 3). Все четыре Кавказских региона вновь, как и при анализе диаллельных ДНК маркеров, образуют очень компактный самостоятельный кластер, близкий к народам Юго-Западной Азии. Во вторую компактную группу регионов, генетически близкую к Кавказу, вошли популяции Европы - Южной, Западной и Восточной. Третью группу регионов образуют генофонды Урала - Приуралье и Южный Урал. К ним генетически относительно близки народы Зауралья и Центральной Азии, но они уже принадлежат к суперкластеру «Восточная Евразия».

Рис. 3. Положение региональных генофондов Евразии по девяти классическим генным маркерам (ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3)

Примечание: дендрограмма построена методом Уорда

Разные методы многомерной статистики (дендрограммы, многомерное шкалирование, факторный анализ) одинаково оценили положение регионов в генетическом пространстве. Независимость от методов многомерной статистики служит важным доказательством объективности полученных результатов.

Сравнение трех типов генетических маркеров

Анализ корреляций между матрицами генетических расстояний по трем типам генетических маркеров (табл. 3) и всех графиков, приведенных в диссертации, позволил сделать вывод, что на региональном уровне популяционной системы Евразии наиболее эффективны диаллельные ДНК и классические маркеры.

Таблица 3 Коэффициенты корреляции между матрицами генетических расстояний по трем типам генетических маркеров для популяций регионального уровня (для варианта анализа «Б» - максимум популяций)

РЕГИОНАЛЬНЫЙ уровень	Классические маркеры	ДНК диаллельные	ДНК мультиаллельные	ДНК (суммарно)
Классические	-	0.86*	0.76*	0.87*
ДНК диаллельные	0.82*(15)	-	0.64*	0.90*
ДНК мультиаллельные	0.75*(10)	0.46*(10)	-	0.88*
ДНК (суммарно)	0.86*(10)	0.81* (10)	0.80* (10)	-
Число локусов	9	6	3	9

Примечания: выше диагонали ранговые корреляции по Спирмену, ниже диагонали - по Пирсону. Достоверные значения корреляций (р<0.05) отмечены значком *. Ниже диагонали в скобках указано число изученных регионов

2. Этнический уровень: генетическое разнообразие народов Западного Кавказа. Теперь мы переходим на более низкий уровень популяционной иерархии - от регионов к отдельным этносам. Наша задача - дать характеристику каждого из изученных народов Западного Кавказа и рассмотреть насколько они отличаются друг от друга. Также мы вновь рассматриваем положение генофонда Западного Кавказа среди населения Евразии, но подход наш иной - поскольку мы находимся на этническом уровне, то и сравниваем с народами других регионов отдельные народы Западного Кавказа (табл. 4), а не Западный Кавказ как единый регион.

Генетические различия между народами Западного Кавказа по аутосомным маркерам (днк и классическим)

Изменчивость всех генетических маркеров на этническом уровне (табл. 4) рассматривалась в двух масштабах изменчивости: 1) народы Западного Кавказа среди других соседних народов («этносы среди этносов»); 2) народы Западного Кавказа на фоне соседних регионов («этносы среди регионов»). Анализ, как и для регионов, проведен в двух вариантах: «А» по большему числу этносов, но меньшей панели маркеров; «Б» - по наибольшей панели анализируемых маркеров, но меньшему числу народов.

Таблица 4 Число анализируемых аллелей, этносов и регионов Евразии по различным классам маркеров на этническом уровне иерархической популяционной системы

МАРКЕРЫ	ЧИСЛО
	локусов	аллелей	этносов	регионов
Диаллельные аутосомные ДНК маркеры
Оба варианта (АСЕ, PV92, TPA25, ApoA1, CCR5del32, А25, В65)	7	14 (14)	11 (16)	7
Мультиаллельные аутосомные ДНК маркеры
Вариант А (D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLА)	5	123(125)	4 (7)	4
Вариант Б (D1S80, ApoB, DM)	3	86 (81)	7 (13)	7
Совокупность аутосомных ДНК маркеров
Вариант А (АСЕ, PV92, TPA25, ApoA1, CCR5del32, А25, В65, D1S80, ApoB, DM, SCA1, DRPLА)	12	137(139)	4 (6)	2
Вариант Б (АСЕ, PV92, TPA25, ApoA1, А25, В65, CCR5del32, D1S80, ApoB, DM)	10	100(95)	7 (11)	5
Классические генетические маркеры
Вариант А (ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3, PGM1, PTC, CER)	12	31(31)	2 (3)	4
Вариант Б (ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3)	9	23 (23)	7 (18)	11
Аутосомные (классические и ДНК) маркеры
Вариант А (АСЕ, PV92, TPA25, ApoA1, А25, В65, CCR5del32, D1S80, ApoВ, DM, SCA1, DRPLА, ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3, PGM1, PTC, CER)	24	168(170)	2 (3)	2
Вариант Б (АСЕ, PV92, TPA25, ApoA1, А25, В65, CCR5del32, D1S80, ApoВ, DM, ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3)	19	123(118)	5 (8)	5

Примечание: приведены данные для варианта «Этносы среди регионов»; в графах «число аллелей» и «число этносов» данные для варианта «Этносы среди этносов» указаны в скобках Вариант «А» охватывает наибольшее число этносов и регионов Евразии, но они изучены по меньшей панели маркеров. Вариант «Б» охватывает большую панель анализируемых маркеров, но они изучены в меньшем числе народов и регионов.

Диаллельный ДНК полиморфизм

Результаты, полученные разными методами анализа (кластерный, факторный, многомерное шкалирование), в целом согласуются, т.е. выявленное положение этносов в генетическом пространстве не зависит от метода анализа.

Рисунок 4 убедительно демонстрирует высокую согласованность генетического и лингвистического сходства. В «славянский» кластер вместе с кубанскими казаками вошли русские и украинцы. «Абхазо-адыгский» кластер объединил все народы, относящиеся к абхазо-адыгской группе северокавказской языковой семьи - абазин, абхазов, адыгейцев, кабардинцев, черкесов. В «нахско-дагестанский» кластер вошли чеченцы и народы Дагестана, относящиеся к нахско-дагестанский группе северокавказской языковой семьи.

Отличия от лингвистической классификации обнаруживают лишь тюркоязычные народы Кавказа, однако их положение на генетическом древе полностью согласуется с особенностью их этногенеза. Показательно, что тюркские народы высокогорных районов Кавказа (балкарцы и карачаевцы) вошли в «нахско-дагестанский» генетический кластер. Известно, что они относительно недавно восприняли тюркские языки - ранее они были ираноязычны, причем предполагается, что до этого значительная часть их предков говорила на языках северокавказской языковой семьи. К этому же кластеру присоединилось и тюркоязычное население предгорий Дагестана - кумыки, однако они генетически далеки от единого массива высокогорных популяций (рис. 4).

Этносы «степных тюрок» (ногайцы и караногайцы) образовали свой собственный генетически резко отличающийся кластер. Близость тюркоязычных горцев к горцам нахско-дагестанской группы, а не к «степным тюркам», соответствует их этногенезу.

Удивительно, что кубанские казаки генетически оказались в ином кластере, чем адыги. Казачье население на Северном Кавказе сформировалось в середине XIX века и в течение ряда поколений казаки проживают в тесном соседстве с адыгами. Однако установленный нами факт значительных генетических различий между генофондами казаков и адыгов позволяет утверждать, что поток генов между их генофондами невелик.

Рис. 4. Положение генофонда народов Западного Кавказа среди других народов по семи диаллельным аутосомным ДНК маркерам (АСЕ, PV92, TPA25, ApoA1, А25, В65, CCR5del32)

Примечание: дендрограмма построена методом Уорда

Полиморфизм мультиаллельных ДНК маркеров. Несмотря на то, что по мультиаллельным ДНК маркерам изучена иная панель народов, паттерн изменчивости генофонда Западного Кавказа полностью согласуется с полученным по диаллельным ДНК маркерам. Мы вновь видим (рис. 5), что популяция кубанских казаков вошла в общий кластер с русскими и украинцами, а не адыгейцами, рядом с которыми кубанские казаки проживают в течение шести поколений. Абхазо-адыгские народы также образовали свой собственный генетический кластер. Степные тюрки - ногайцы и караногайцы - образовали общий кластер, включающий также башкир Южного Урала.

Рис. 5. Положение генофонда народов Западного Кавказа среди других народов по мультиаллельным аутосомным ДНК маркерам (D1S80, ApoB, DM)

Примечания: диаграмма двумерного шкалирования; число итераций-34, величина стресса Sо=0,10; коэффициент алиенации Ко=0,13; кривая Шепарда удовлетворительна

Полиморфизм классических генетических маркеров

Рис. 6. Положение генофонда народов Западного Кавказа среди других народов по девяти классическим генным маркерам (ABO, RH, ACP1, ESD, HP, GC, TF, GLO1, С'3)

Примечания: диаграмма двумерного шкалирования; число итераций-34, величина стресса Sо=0,13; коэффициент алиенации Ко=0,158; кривая Шепарда удовлетворительна.

По классическим генным маркерам не выявлены кластеры, соответствующие положению народов Кавказа в антропоисторическом пространстве (рис. 6). Возможно, причина в том, что данные по классическим маркерам в основном получены нами из литературных источников, где многие популяции изучены по небольшим выборкам.

Сравнение трех типов генетических маркеров

Таким образом, на этническом уровне иерархической популяционной системы Западного Кавказа в настоящее время наиболее эффективными оказываются ДНК маркеры - диаллельные и мультиаллельные. Этот вывод подтверждается как всей совокупностью результатов многомерного анализа, приведенных в диссертации, так и анализом корреляций между матрицами генетических расстояний по трем типам генетических маркеров (табл. 5).

Таблица 5 Коэффициенты корреляции между матрицами генетических расстояний по трем типам генетических маркеров для популяций этнического уровня «Этносы среди этносов» (вариант анализа «Б» - максимум популяций)

ЭТНИЧЕСКИЙ Уровень	Классические	ДНК диаллельные	ДНК мультиаллельные	ДНК (суммарно)
Классические	-	- 0.02	- 0.16	- 0.17
ДНК диаллельные	- 0.09 (13)	-	0.67*	0.98*
ДНК мультиаллельные	0.14 (8)	0.66* (11)	-	0.80*
ДНК (суммарно)	- 0.06(8)	0.98* (11)	0.79* (11)	-
Число локусов	9	7	3	10

Примечания: выше диагонали ранговые корреляции по Спирмену, ниже диагонали - по Пирсону, Достоверные значения корреляций (р<0.05) отмечены значком *. Ниже диагонали в скобках указано число изученных этносов

Дифференциация народов Западного Кавказа по данным о фамилиях и прогноз груза наследственной патологии

Для наиболее подробно изученного этноса адыгейцев (все фамилии изучены тотально для всего народа) показатели инбридинга оценивались для всех уровней популяционной системы: для локальных популяций (аулы); для ветвей шапсугов; для племен; для этноса. Выявлено, что величины случайного инбридинга среди популяций каждого иерархического уровня различаются на порядок (табл. 6, 7).

...