Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Полиморфизм ДНК-маркеров в обследованных популяциях человека 28
1.1. Горцы 28
1.2. Переселенцы и коренные равнинные жители 35
1.3. Сравнительный анализ полиморфизма ДНК-маркеров в обследованных популяциях человека 43
Глава 2, Генетико-демографическая структура обследованных популяций 51
2.1. Брачная структура и коэффициент инбридинга в обследованных популяциях 51
2.2. Влияние инбридинга на репродуктивные показатели 66
2.3. Сравнительный анализ эффективности генетико-селективных показателей в обследованных популяциях человека 73
Глава 3. Взаимосвязь между изучаемыми ДНК-маркерами и генетико-демографической структурой обследованных популяций 77
3.1. Влияние инбридинга на полиморфизм микросателита AGT...77
3.2. Влияние инбридинга на полиморфизм микросателита DM 88
3.3. Возрастная динамика в полиморфизме изучаемых маркеров.. 102
Глава 4. Анализ взаимосвязи экологических факторов и распределения аллельных вариантов изучаемых микросателитов 114
4.1 .Экологическая характеристика районов горного предгорного и низменного Дагестана 114
4.2.Анализ взаимосвязи экологической среды и распределения аллельных вариантов изучаемых микросателитов 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 133
ВЫВОДЫ 150
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 152
- Переселенцы и коренные равнинные жители
- Влияние инбридинга на репродуктивные показатели
- Влияние инбридинга на полиморфизм микросателита DM
Введение к работе
В настоящее время, весьма перспективным является анализ полиморфизма нуклеотидных повторов ДНК. Анализ полиморфизма ДНК применяется для построения генетических карт геномов различных организмов, для установления отцовства в судебной практике, а так же в медицинской генетике (в частности в целях пренатальной диагностики) и в популяционных исследованиях.
Интенсивные исследования по молекулярной генетике привели к созданию различных ДНК - маркеров, позволяющих идентифицировать локализацию тех или иных генов в геноме человека, проводить анализ сцепления с различными заболеваниями, а также исследовать распределение маркера в популяции, что позволяет характеризовать гетерогенность исследуемой или исследуемых популяций. Любые анонимные последовательности ДНК сами по себе могут служить многочисленными маркерами полиморфизма и использоваться для генетического анализа (Botstein et al, 1980). При этом полиморфный участок может быть расположен не только в непосредственной близости от исследуемого гена, но и на значительном от него расстоянии, однако, в том же хромосомном локусе.
Наиболее высокоэффективными маркерами полиморфизма в настоящее
время являются повторяющиеся нуклеотидные последовательности ДНК
различного типа. Многие мультиаллельные локусы в геноме человека, почти
всегда, представлены вариацией числа коротких повторов
последовательностей ДНК. Некоторые исследователи продемонстрировали, что частота распределения таких локусов различна между этническими группами человека, что делает их потенциально ценным орудием в анализе взаимосвязи между популяциями (Balazs et al., 1989; Bowcock et al., 1994; Deka, Chakraborty et al.1991; Flint et al., 1989).
Анализ структуры популяций при помощи ДНК маркеров является важным шагом на пути изучения генетических механизмов адаптации в условиях меняющейся экологической среды и миграции населения.
Проблема сохранения генофонда народонаселения в условиях глобальных изменений экологической среды обитания человека актуальна в наше время, как для больших, так и для малочисленных этнических групп. Вместе с тем в ряде генетических исследований установлено, что темпы генетических изменений под воздействием меняющихся факторов экологической среды в популяциях малочисленных народов значительно выше, чем в гетерогенных популяциях больших этносов.
В работах К.Б.Булаевой и сотрудников (1974-1997) показано, что в процессе длительного исторического развития в стабильных экологических условиях в изолированных популяциях горцев Дагестана создалось оптимальное генетическое разнообразие, обеспечивающее равновесное состояние популяций с окружающей экологической средой, при котором объем генетического груза не возрастает. Вместе с тем было выявлено, что массовые переселения горцев на равнину в сельские экологически новые районы в 1940-е годы привели к значительному ухудшению генетических процессов.
Соответственно, молекулярно-генетическое изучение полиморфизма нуклеотидных повторов ДНК в исходных горных изолятах и популяциях переселенцев новые экологические условия актуально и имеет важное теоретическое и практическое значение, как для познания механизмов адаптационных процессов, так и для выявления путей оптимизации адаптации малочисленных народов к меняющимся условиям экологической среды.
Цели и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы было сравнительное изучение полиморфизма микросателитов ДНК: (СА)п повтора в последнем З'-экзоне гена ангиотензиногена (AGT), и (CTG)n повтора в последнем З'-экзоне гена миотонинпротеинкиназы (DM) в
5 популяциях коренных малочисленных народов Дагестана, проживающих в исторической горной и экологически новой равнинной среде.
Теоретической основой служила концепция адаптивной нормы популяции (Алтухов, 1992) и, обоснованная в работах К.Б.Булаевой и сотрудников, гипотеза о неспецифической, генетически обусловленной, пониженной приспособляемости населения высокогорных изолятов к меняющимся условиям среды обитания (Bulayeva, 1993; Булаева и др., 1995, 1996; Булаева и др., 1995).
Были исследованы горные популяции Мехельта и Тлярата Гумбетовского района, популяции переселенцев в новые экологические условия Ново-Мехельта Новолакского района и Новый Куруш Хасавюртовского района, популяция коренных равнинных жителей с. Терекли-Мектеб Ногайского района.
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Изучить полиморфизм нуклеотидных повторов ангиотензиногена и гена миотонинпротеинкиназы в популяциях горцев, мигрантов в новые экологические условия и коренных равнинных жителей.
Изучить брачную и возрастную структуру исследуемых популяций.
Установить взаимосвязь между полиморфизмом нуклеотидных повторов и брачной и возрастной структурой популяций.
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту. 1. Переселение горцев на равнину в новые экологические условия привело к адаптивным изменениям в полиморфизме (СА)п повтора ангиотензиногена переселенцев, и эти изменения связаны с уровнем индивидуального инбридинга и возраста населения.
2. Переселение горцев на равнину в новые экологические условия не
повлияло на полиморфизм (CTG)n повтора гена
миотонинпротеинкиназы. Различия в полиморфизме (CTG)n повтора гена миотонинпротеинкиназы прослеживаются лишь на уровне этнических групп. Научная новизна исследования. Впервые изучен нуклеотидный состав ДНК Дагестанских этнических популяций.
По (СА)п повтору ангиотензиногена выявлены различия по распределению частот аллелей и генотипов в экологически разделенном изоляте Мехельта - Ново-Мехельта. Показано влияние переселения представителей коренных народов Дагестана из исторической горной среды в новые экологические условия на полиморфизм динуклеотида С А.
По (CTG)n повтору гена миотонинпротеинкиназы выявлены различия по распределению частот аллелей и генотипов между различными этническими группами.
Показана взаимосвязь между распределением частот аллелей изучаемых нуклеотидных повторов, инбридингом и возрастом. Практическое значение работы. Полученные данные могут быть использованы для дальнейшего исследования процессов генетического полиморфизма Дагестанских популяций. Процессы адаптации малочисленных народов Дагестана к новым экологическим условиям обитания могут служить примером для изучения аналогичных процессов в других популяциях.
Данного рода исследования являются особенно актуальными на современном этапе, поскольку генофонд человека оказался в центре воздействия на него экологически неблагоприятных факторов, вызванных деятельностью человека.
Переселенцы и коренные равнинные жители
Анализ полиморфизма изученных маркеров в популяциях переселенцев показал иной характер распределения.
Распределение аллелей и генотипов микросателита AGT исследовали только в популяции мигрантов с гор на равнину в Ново-Мехельта Новолакского района. Полиморфизм микросателита DM изучали в двух популяциях переселенцев (Ново-Мехельта Новолакского района и Новый Куруш Хасавюртовского района).
Распределение частот аллелей микросателита AGT специфично для данного локуса и происходит по унимодальному типу. Результаты представлены на рисунке 3. Как показывает рисунок, данная полиморфная система характеризуется определенным набором аллелей (от 13 до 22). С наибольшей частотой встречаются аллельные варианты (СА) с числом повторов 14, 15, 16, 17. Остальные аллели встречаются в единичных экземплярах.
С наибольшей частотой в популяции встречаются генотипы 14/15, 14/19 и 16/17. Остальные генотипы отмечены в единичных экземплярах. Распределение генотипов ANG представлено в таблице 3.популяциях встречаются аллели с числом повторов (CTG) 5 и 13. В Ново-Мехельта все остальные аллели встречаются с частотой меньше 0,1. В Новом Куруше к часто встречающимся относятся аллель с числом повторов (CTG) 11 и больше 20. Популяция Новый Куруш (этнические лезгины) отличается большим аллельным разнообразием, от популяции Ново-Мехельта (этнические аварцы). Однако сравнение двух выборок показало, что наблюдаемое различие статистически недостоверно, в основном за счет шлейфа редких морф в Новом Куруше.
Как показывает корреляционный анализ аллельные варианты (CTG)n повтора распределяются в двух популяциях независимо (коэффициент ранговой корреляции Спирмена р =0.47,1=2.66, р = 0.05).
Распределение генотипов DM в популяциях переселенцев представлено в таблице 4. В изоляте Ново-Мехельта наиболее часто встречается генотип 5/5, тогда как в изоляте Новый Куруш с наиболее высокой частотой встречается генотип 5/11. Частота генотипа 5/5 в популяции Новый Куруш в два раза ниже по сравнению с популяцией Новая Мехельта, генотип же 5/11, наиболее характерный для Нового Куруша, встречается в единичных экземплярах в исследованной выборке из Ново-Мехельта.
Исследованные выборки отличаются друг от друга по шлейфу редких генотипов. Однако сравнение выборок по % показало, что эти различия статистически недостоверны.
Фактическая и теоретическая гетерозиготность по локусу в Ново-Мехельта составила 0.6053 и 0.7074 соответственно, а в Новом Куруше — 0.8776 и 0.8266 соответственно, однако эта разница статистически недостоверна.
Представленные результаты показывают, что в изоляте Ново-Мехельта наиболее часто встречается генотип 5/5, тогда как в изоляте Новый Куруш с наиболее высокой частотой встречается генотип 5/11. Частота генотипа 5/5 в популяции Новый Куруш в два раза ниже по сравнению с популяцией Новая Мехельта, генотип же 5/11, наиболее характерный для Нового Куруша, встречается в единичных экземплярах в исследованной выборке из Ново-Мехельта.
Исследованные изоляты отличаются друг от друга по шлейфу редких генотипов. Однако сравнение выборок по % показало, что эти различия статистически недостоверны.
Фактическая и теоретическая гетерозиготность по локусу в Ново-Мехельта составила 0.6053 и 0.7074 соответственно, а в Новом Куруше -0.8776 и 0.8266 соответственно, однако эта разница статистически недостоверна.
Среди коренных равнинных жителей Ногайского района (этнические ногайцы) нами был проведен анализ полиморфизма лишь (CTG)n повтора микросателита в последнем 3 - экзоне гена миотонинпротеинкиназы (DM).
Выборка из популяции коренных равнинных жителей представлена 11 вариантами (CTG)n повтора микросателита. Для исследованного микросателита характерен набор аллельных вариантов от 5 до 22 (рисунок 5). Распределение аллелей происходит по полимодальному типу. Наиболее часто в популяции коренных равнинных жителей встречаются аллельные варианты с числом повторов (CTG) 5, 11, 12, 13.
Влияние инбридинга на репродуктивные показатели
Собранные нами генетико-демографические сведения о женщинах пострепродуктивного возраста позволяют вычислить индексы тотального отбора и его компоненты, обусловленные дифференциальной смертностью и дифференциальной плодовитостью. Значения индексов для горцев и переселенцев представлены в таблице.
Результаты показывают, что индекс дифференциальной плодовитости в два раза выше у горцев Мехельта по сравнению с горцами Тлярата и у переселенцев из Ново-Мехельта по сравнению с переселенцами из Н-Куруша (таб. 19). Между женщинами из разделенного изолята Мехельта - Н-Мехельта обнаружены различия, как в дифференциальной плодовитости, так и в дифференциальной смертности. Различия в дифференциальной смертности более значительны за счет высокой эмбриональной смертности у горянок.
Во всех обследованных популяциях индекс дифференциальной смертности выше индекса дифференциальной плодовитости за исключением изолята Н-Мехельта. У мигранток в Новый Куруш дифференциальная смертность на 60% выше дифференциальной плодовитости. В Мехельта эти различия не столь значительны. В горном изоляте Тлярата дифференциальная смертность в 2,5 раза выше дифференциальной плодовитости.
Дифференциальная смертность у горянок выше по сравнению с переселенками. Если разложить индекс дифференциальной смертности на составляющие его компоненты, можно увидеть, чем обусловлены эти различия. В горном изоляте Тлярата дорепродуктивная смертность в два раза выше эмбриональной смертности. У переселенок в Ново-Мехельта дорепродуктивная смертность в три раза выше эмбриональной смертности. В Новом Куруше разница между этими двумя показателями менее значительна, В целом в горах дорепродуктивная смертность выше, чем на равнине.
Как показывают результаты, индексы дифференциальной смертности и дифференциальной плодовитости в горах выше, чем на равнине. Именно эти высокие значения среди горянок и вызывают относительно большие величины индекса тотального отбора по сравнению с переселенками. Самым высоким индексом тотального отбора характеризуется изолят Мехельта (1,107), самым низким — Новый Куруш (0,775). Для горного изолята Тлярата и переселенческого аула Ново-Мехельта рассчитаны сходные значения индекса Кроу. Таким образом, в горах, в стабильной исторической среде, где сохранился традиционный уклад жизни и типы брачных связей, индекс тотального отбора значительно превышает этот показатель на равнине. Сравнительный анализ индекса тотального отбора и составляющих его компонентов в изученных нами популяциях горцев и мигрантов позволил выявить влияние изменений экологических и социальных факторов на его динамику.
Полученные нами значение индекса тотального отбора и его компонент соответствуют результатам, полученным ранее в работах Булаевой с сотрудниками и данным по другим регионам СНГ (Спицин и др. 94). Сравнительный анализ результатов изучения индекса тотального отбора и его компонент среди горянок и переселенок в Дагестане с данными по другим регионам и народам СНГ позволяет определить значительное сходство этих показателей среди горцев вообще (таб. 20). Так, значения Im среди обследованных нами горцев Дагестана составляет 0.548, горцев Па мира, обитающих примерно на той же высоте над уровнем моря, что и обследованные нами аварские аулы - 0.540. У киргизов, обитающих на высоте 3600-4200 м. значения дифференциальной смертности почти в 1.3 раза выше, чем для наших горцев и памирцев, что, по-видимому, отражает степень экстремальности высокогорья как среды обитания человека. Величины индекса дифференциальной смертности у переселенцев с гор в Дагестане близки к аналогичным значениям башкир -коренных степных жителей.
Однако показатели дифференциальной плодовитости среди всех исследованных групп населения примерно одного порядка. Несколько ниже этот показатель среди горцев Памира, проживающих на высоте 2000м., а также в группе переселенок, обследованных Булаевой К.Б. и сотрудниками.
Сами индексы тотального отбора относительно выше среди горцев и существенно снижаются у переселенцев в Дагестане и равнинных жителей. В основе этих различий также, по-видимому, лежат причины социальные и медицинские, а не генетические. Таблица 20. Индексы потенциального отбора Кроу (It) и его компоненты, обусловленные дифференциальной смертностью (Im) и дифференциальной плодовитостью (If), у горцев и переселенцев Дагестана (в сравнении с данными по другим популяциям СНГ)
Влияние инбридинга на полиморфизм микросателита DM
В Ново-Мехельта частота аллеля 5 у эндогамной - аутбредной части населения в 3 раза превышает частоту его у экзогамных пробандов. Инбридинг не влияет на частоту аллеля 5. Динамика других аллелей незначительна.
Распределение аллелей у мигрантов в Новый Куруш в данном случае также не рассматривается, так как экзогамные жители представлены тремя пробандами.
В объединенной выборке мигрантов с увеличением степени эндогамии и инбридинга частота аллеля 5 увеличивается более чем в два раза, а частота аллеля 11 - снижается.
Таким образом, в разделенном изоляте Мехельта — Ново-Мехельта эндогамия и инбридинг ведут к накоплению аллеля 5 у горцев, тогда как у мигрантов накопление частоты этого аллеля вызывает лишь эндогамия. При переходе от экзогамии к эндогамии и инбридингу у мехельтинцев отмечается снижение частоты аллелей 12 и 16. В Ново-Мехельта аллель 16 присутствует только у экзогамных представителей.
В горном изоляте Тлярата и в переселенческом ауле Новый Куруш эндогамия и инбридинг не влияют на динамику аллеля 5. Здесь происходит изменение частот аллелей 11, 12 и 13 противоположного характера, а также накопление аллелей с числом повторов больше 20 в Новом Куруше, чего нет ни в одной из обследованных нами популяций.
Дисперсионный анализ показал достоверность влияния CMR на длину повторов DM в Мехельта (Н=5,69; р 0,05) и в Новом Куруше (Н=6,4; р 0,05).
Была попытка установить связь между длиной повторов микросателита и выбором брачных партнеров, а именно показателем КР.
Связь показателя КР с частотой аллелей DM представлена в таб.28
В популяции горцев Мехельта у пробандов, вступивших в неродственные браки, преобладают аллели DM 5 и 12. Среди пробандов, вступивших в родственные браки (между троюродными родственниками) выделяются аллели с числом повторов (CTG) 5, 12 и 13. Частота аллеля 5 остается при этом неизменной, тогда как частоты аллелей 12 и 13 увеличиваются.
В Тлярата у пробандов, вступивших в неродственные браки часто встречаются аллели с числом повторов (CTG) 5, 12 и 13, У вступивших в инбредный брак частоты аллелей 5 и 13 существенно не меняются, тогда как носители аллеля 12 в родственные браки в ступают в два раза реже, чем в неродственные.
В Ново-Мехельта среди пробандов, вступивших как в аутбредные, так и инбредные браки часто встречается только аллель с числом повторов (CTG) 5, причем частота его растет у пробандов, вступивших в родственный брак.
В Новом Куруше в аутбредные браки чаще вступают пробанды с аллелями 5 и 13, тогда как в браки между двоюродными сибсами чаще вступают носители аллелей с числом повторов (CTG) 5 и 11.
Представители ногайцев в инбредные браки не вступают. В их среде выявлены межэтнические браки, в которые чаще вступают носители аллелей с числом повторов (CTG) 5, И и 13.
Таким образом, у мигрантов вступление в родственный брак проявляется в динамике аллеля 5 в Ново-Мехельта и в динамике аллеля 11 в Новом Куруше. У горцев в родственные браки чаще вступают носители аллеля 13.
Сравнение двух частей разделенного изолята Мехельта - Ново-Мехельта показывает, что в родственный брак в Мехельта вступают чаще носители аллелей 12 и 13, в Ново-Мехельта - носители аллеля 5.
Анализ генотипов показал, что в Мехельта и в Ново-Мехельта как среди вступивших в аутбредный брак, так и тех, кто вступил в инбредный брак, с наибольшей частотой встречается генотип 5.5 (f=0,3 во всех случаях). В Тлярата выделяющиеся генотипы не обнаружены. Среди мигрантов Нового Куруша, вступивших в аутбредный брак, чаще встречаются генотипы 5.11 (f=0,18), и 5.5 (=0,12). У ногайцев, вступивших в межэтнические браки, преобладает генотип 5.13(f=0,17), у тех же, кто вступил в моноэтнические браки преобладают генотипы 12.13 и 5.13 с частотой 0,14. Таким образом, можно предположить, что изучаемые демографические показатели, а именно: степень индивидуального инбридинга, брачная структура и, соответственно, инбридинг популяции в целом, оказывают влияние на динамику отдельных аллелей в изучаемых популяциях. Причем маркер AGT подвержен большему влиянию инбридинга и брачной структуры и здесь изменения в частотах отдельных аллелей наблюдаются уже на уровне популяций. Маркер DM более стабилен и влияние инбридинга и брачной структуры отмечено лишь на уровне отдельных этнических групп.
