Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 15
1.1. Митохондриальная ДНК 15
1.1.1. Особенности структуры и наследования мтДНК 15
1.1.2. Скорость накопления мутаций в мтДНК 19
1.1.3. Филогенетический анализ мтДНК и медианные сети 20
1.1.4. Изучение ранней эволюции человека 23
1.1.5. Заселение Евразии по данным мтДНК 26
1.1.6. Филогения и номенклатура мтДНК 28
1.2. Y-хромосома 38
1.2.1 Y-хромосома как объект генетического изучения 38
1.2.2. Особенности структуры Y-хромосомы 40
1.2.3. Применение Y-хромосомы в популяционно-генетических исследованиях 44
1.2.4. Маркеры Y-хромосомы 46
1.2.5. Изучение истории человечества с использованием Y-хромосомы. 50
1.2.6. Классификация гаплогрупп Y-хромосомы 51
1.3. Полиморфизм аутосомных Alu-инсерций 63
1.4. Этническая история Кавказа 67
1.4.1. Заселение Кавказа по данным археологии и антропологии 67
1.4.2. Этногенез народов Кавказа 71
1.4.3. Популяционно-генетические исследования народов Кавказа 88
Глава 2. Материалы и методы 95
2.1. Материалы исследования 95
2.2. Методы исследования 101
2.2.1. Выделение геномной ДІЖ -. 101
2.2.2. Анализ митохондриальной ДНК 102
2.2.3. Анализ Y хромосомы 105
2.2.4. Генотипирование Alu-инсерций 106
2.2.5. Статистические методы .„ .107
Глава 3. Результаты исследований 110
3.1. Полиморфизм мтДНКв популяциях Кавказа 110
3.1.1. Структура и разнообразие митохондриальных генофондов популяций Кавказа 110
3.1.2. Филогеография западноевразийских гаплогрупп мтДНК 116
3.1.4. Филогеография восточноевразийских и африканских гаплогрупп мтДНК 153
3.1.5. Генетические взаимоотношения между популяциями Кавказа ,..156
3.1.6. Генетические взаимоотношения между популяциями Кавказа и популяциями соседних регионов 160
3.2. Полиморфизм Y хромосомы в популяциях Кавказа 164
3.2.1. Анализ гаплогрупп Y хромосомы в популяциях Кавказа 164
3.2.2. Филогеография гаплогруппы J 171
3.2.3. Филогеография гаплогруппы G 180
3.2.4. Филогеография гаплогруппы R 191
3.2.5. Филогеография гаплогруппы 1 197
3.2.6. Филогеография гаплогруппы Е 199
3.2.7. Филогеография гаплогруппы L 201
3.2.8. Филогеография восточноевразийских гаплогрупп 202
3.2.9. Генетические взаимоотношения между популяциями Кавказа .205
3.2.10. Генетические взаимоотношения популяций Кавказа и популяций соседних регионов 212
3.3. Полиморфизм Alu инсерций в популяциях Кавказа 215
Заключение 231
Выводы 241
Список литературы 244
- Применение Y-хромосомы в популяционно-генетических исследованиях
- Заселение Кавказа по данным археологии и антропологии
- Полиморфизм Y хромосомы в популяциях Кавказа
- Полиморфизм Alu инсерций в популяциях Кавказа
Введение к работе
Актуальность проблемы. За два последних десятилетия популяционная генетика приобрела мощный инструментарий в виде маркеров митохондриальной ДНК (мтДНК) и Y-хромосомы для поиска ответов на вопросы о прошлом человечества, касающихся доисторических последовательных миграций, демографических событий, реципрокного потока генов в популяциях [Underhill, Kivisild, 2007]. Использование данных маркеров, называемых также «однородительскими», существенно расширило возможности археогенетики, основы которой были заложены Кавалли-Сфорцой еще в 70-х годах прошлого столетия [Cavalli-Sforza, 1973; Cavalli-Sforza, 1998; Cavalli-Sforza, Feldman, 2003; Torroni et al., 2006]. Впоследствии, в работах, рассматривающих проблемы филогеографии различных линий мтДНК и Y-хромосомы, были охвачены различные регионы мира, включая Африку [Cann et al., 1987; Arredi et al., 2004; Quintana-Murci et al., 2008], Европу [Richards et al., 1998; Richards, Macaulay, 2000; Torroni et al., 2001; Balanovsky et al., 2008; Malyarchuk et al., 2008; Balaresque et al., 2010; Wozniak et al., 2010], Переднюю Азию [Al-Zahery et al., 2003; Cinnioglu et al., 2004; Abu-Amero et al., 2008; Cadenas et al., 2008; Abu-Amero et al., 2009], Центральную, Южную и Восточную Азию [Su et al., 2000; Kivisild et al., 2003; Comas et al., 2004; Macaulay et al., 2005; Kivisild et al., 2006; Kong et al., 2006], Сибирь [Stepanov, 2002; Starikovskaya et al., 2005; Деренко, 2009] и Америку [Torroni et al., 1994a; Soares et al., 2008; Perego et al., 2009]. Что касается Кавказа, известна целая серия генетико-адаптационных и генетико-эпидемиологических исследований в популяциях данного региона [Nasidze, Stoneking, 2001; Bulayeva et al., 2003; Nasidze et al., 2003; Nasidze et al., 2004; Булаева, 2004; Bulayeva et al., 2005; Bulayeva et al., 2006; Почешхова, 2007; Почешхова, 2008]. В данных работах затрагивались аспекты генетического изучения Кавказа с использованием различных систем маркеров. Однако проблемы происхождения генофонда народов Кавказа пока не получили однозначной оценки. Эти работы недостаточно четко освещали проблему заселения Кавказа анатомически современным человеком, в виду того, что они касались либо проблемы генетического разнообразия в Дагестане [Bulayeva et al., 2003; Bulayeva, 2006], либо были выполнены с недостаточной степенью филогенетического разрешения [Nasidze et al., 2003; Nasidze et al., 2004], что затрудняет понимание генетических процессов в данных популяциях. Таким образом, наиболее интересный аспект изучения генетической структуры народов Кавказа - реконструкция происхождения генофонда - пока остается не решенным. Наиболее адекватным и продуктивным подходом в изучении данной проблемы является комплексный метод с использованием маркеров
как Y-хромосомы, так и мтДНК, а также аутосомных Alu инсерций, что позволит рассмотреть генофонд как по женской и мужской линиям, так и в целом. Учитывая тот факт, что история материнского и отцовского компонента в популяции могут достаточно резко отличаться, что было показано, к примеру, в недавней работе, посвященной анализу гаплогруппы Rlblb2-M269 Y-хромосомы [Balaresque et al., 2010], подобный комплексный подход позволит избежать возможных ошибок, связанных с переоценкой того или иного компонента.
Уникальность территории Кавказа, выраженная в его географических особенностях, а также в историко-культурном отношении, во многом определенным его связующим положением между Европой и Передней Азией, издавна является причиной пристального внимания исследователей к данному региону [Анчабадзе, Аргун, 2007]. Издревле на Кавказ были известны два пути. Восточный вел из Северной Месопотамии через Малый Кавказ в бассейны Куры и Аракса, откуда, обогнув южные отроги Большого Кавказского хребта, человек проник в Дагестан и западный Прикаспий [Федоров, 1983]. Второй путь - западный - вел в Кавказское Причерноморье, в современную Абхазию. Этот путь еще в палеолите прослеживается по распространению особого способа изготовления каменных орудий - из отщепов кремня. Такой прием характерен для абхазских древностей, а также для раннепалеолитической индустрии Малой Азии, что свидетельствует в пользу того, что древнейшие связи западной части Кавказа с Передней Азией осуществлялись именно через Восточную Анатолию [Федоров, 1983].
Помимо данных путей, очевидно свидетельствующих в пользу существенного переднеазиатского влияния на Кавказ, тесная близость с популяциями восточновропейской равнины также могла оставить следы в генетическом пуле народов Кавказа, особенно если учесть, что русские и украинцы составляют заметную часть населения Кавказа, при том, что их влияние на этнические процессы в данном регионе изучены недостаточно [Лавров, 1978]. Кроме того, следует учитывать, что Северный Кавказ в той или иной степени испытал влияние кочевых племен в эпоху «великого переселения народов», в частности, тюркских [Федоров, 1978; Пиотровский, 1988]. То есть, вопрос о генетической характеристике тех или иных популяций Кавказа все еще далек от разрешения, и дебаты о становлении коренных этносов Кавказа продолжаются.
Для глубокого понимания происхождения и этногенеза народов Кавказа, а также процессов миграции современного человека необходимы детальные филогеографические исследования митохондриальной ДНК и Y-хромосомы, что становится возможным с использованием большего количества информативных ДНК-маркеров, проведения анализа с высоким филогенетическим разрешением, а также анализа значительного числа изучаемых популяций. Масштабные этногеномные
исследования, в которых генофонд коренных народов Кавказа рассматривался бы как целостная система, до сих пор не проводились. В связи с вышеизложенным были определены цель и задачи данного исследования.
Целью настоящего исследования является характеристика структуры и разнообразия генофондов этнических групп коренного населения Кавказа на основе данных мтДНК, Y-хромосомы и Alu инсерций.
Задачи исследования:
-
Охарактеризовать особенности структуры генофонда народов Кавказа с помощью трех систем маркеров: Y-хромосомы, мтДНК и Аш-инсерций.
-
Определить соотношение западно- и восточноевразийского компонентов в генофонде народов Кавказа по материнским и отцовским линиям.
-
На основании данных целых митохондриальных молекул мтДНК реконструировать филогению гаплогруппы Н мтДНК, распространенной в генофонде этнических групп Кавказа и Передней Азии, оценить генетическое разнообразие и эволюционный возраст основных субгрупп гаплогруппы Н.
-
С использованием сравнительного филогеографического анализа определить происхождение основных компонентов генофондов этнических групп Кавказа.
-
Оценить генетическое разнообразие и степень генетической дифференциации популяций Кавказа по данным о полиморфизме мтДНК, Y-хромосомы и аутосомных Аш-инсерций.
-
Провести филогеографический анализ наиболее распространенных в популяциях Кавказа гаплогрупп Y-хромосомы и мтДНК.
-
Дать характеристику генетическим взаимоотношениям между популяциями Кавказа и определить положение генофонда народов Кавказа на генетическом ландшафте Евразии.
Научная новизна
Впервые на основании данных об изменчивости кодирующего региона и гипервариабельного сегмента 1/2 мтДНК, нерекомбинирующей области Y-хромосомы, а также аутосомных Alu инсерций получено наиболее детальное и подробное представление о генетической структуре этнических групп Кавказа (андийцев, аварцев, багуалинцев, чамалинцев, чеченцев, даргинцев, ингушей, кумыков, лезгин, табасаран, абхазов, армян, мегрелов, южных и северных осетин, абазин, адыгейцев, балкарцев, черкесов, кабардинцев, карачаевцев, караногайцы и кубанских ногайцев).
Впервые проведен комплексный статистический и филогенетический анализ данных об изменчивости мтДНК и Y-хромосомы, получены оценки параметров
генетического разнообразия и степени генетической дифференциации популяций Кавказа.
Впервые на основании данных об изменчивости целых митохондриальных геномов детально реконструирована филогения наиболее распространенной в Западной Евразии гаплогруппы Н, оценено генетическое разнообразие и эволюционный возраст ее субклейдов. Установлено, что наиболее вероятным местом возникновения гаплогруппы Н мтДНК является территория Южного Кавказа/Передней Азии.
Установлено, что формирование этнических групп Кавказа происходило на основе гетерогенного генетического субстрата, представленного в подавляющем большинстве линиями мтДНК и Y-хромосомы переднеазиатского происхождения с последующим существенным дрейфом генов в изолированных популяциях.
Впервые показано существование отчетливого потока генов из популяций Восточной Европы в популяции Кавказа.
В целом полученные в ходе исследования данные существенно дополняют и расширяют представления о путях миграции анатомически современного человека и общей картине заселения Евразии.
Научно-практическая значимость
Результаты, полученные в ходе настоящего исследования, являются существенным вкладом в сумму знаний об особенностях генофондов коренного населения Кавказа. Полученные данные о разнообразии мтДНК, Y-хромосомы и Alu инсерций в популяциях Кавказа имеют междисциплинарное значение и могут быть использованы как в генетике человека, так и в археологии, истории, этнологии, антропологии и лингвистике. Полученная информация имеет существенное медицинское значение и важна для планирования исследований в области медицинской генетики, эпидемиологии наследственных и мультифакторных заболеваний. Данные об изменчивости мтДНК и Y-хромосомы в региональных группах коренного населения Кавказа могут быть использованы в качестве референтной базы данных, необходимой для проведения судебно-медицинской экспертизы. Созданная коллекция ДНК популяций Кавказа может использоваться в дальнейшем для проведения популяционных, эволюционных и медико-генетических исследований. Результаты настоящего исследования могут быть использованы в научно-образовательном процессе при подготовке специалистов биологического и медицинского профилей.
Положения, выносимые на защиту
-
Генофонд народов Кавказа представлен различным соотношением восточноевразийских и западноевразийских линий мтДНК и Y-хромосомы. Автохтонные популяции Кавказа характеризуются преобладанием западноевразийских гаплогрупп в их генофондах как по данным мтДНК, так и по данным Y-хромосомы.
-
Наиболее вероятным местом возникновения гаплогруппы Н является территория Южного Кавказа/Передней Азии. Гаплогруппы подверглась первоначальной экспансии до последнего ледникового максимума, с наиболее старыми линиями, встречающимися с максимальной частотой на Южном Кавказе и северной части Передней Азии. Последующая значительная экспансия гаплогруппы Н произошла после окончания последнего ледникового максимума. В дальнейшем выявлен лишь незначительный поток генов из Южного Кавказа/Передней Азии в европейские популяции.
-
Популяции Кавказа характеризуются характерным только для этого региона профилем распределения частот гаплогрупп Y-хромосомы: высокой частотой гаплогрупп G-M201, J-12f2 и R1-M173.
-
Популяции Кавказа характеризуются высоким уровнем генетического разнообразия и высокой степенью межпопуляционной дифференциации.
-
Отмечается незначительный, но отчетливый поток генов из популяций Восточноевропейской равнины в кавказские популяции.
-
Генофонд народов Кавказа как по данным мтДНК, так и по данным Y-хромосомы сформировался в результате разновременных миграций с территории Передней Азии и лишь в незначительной степени за счет миграции из Восточно-европейской равнины с последующим дрейфом генов в изолированных кавказских популяциях.
-
Кавказ является барьером для миграции анатомически современного человека из Африки на территорию Евразии.
Апробация работы
Основные положения диссертации представлены на Human Genome Meeting (Shanghai, 2002, Berlin 2004, Helsinki, 2006, Hyderabad, 2008), European human genetic conference (Strasbourg, 2002, Munich, 2004, Prague, 2005, Nice, 2007), III съезде ВОГИС «Генетика в XXI веке» (Москва, 2004), V съезде Российского общества медицинских генетиков (Уфа, 2005), III съезде общества биотехнологии России им. Ю.А.Овчинникова (Москва, 2005), научно-практической конференции «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006), 3-ей Всероссийской конференции «Мужское здоровье» (Москва, 2006), IX Всероссийском популяционном семинаре «Особь и популяция - стратегия жизни» (Уфа, 2006), 2n International Congress of Anthropology
(Athens, 2006), 5th ISABS Conference in Forensic Genetics and Molecular Anthropology (Split, 2007), Vth International Anthropological Congress of Ales Hrdlicka (Prague, 2009), V Съезде Вавиловского Общества Генетиков и Селекционеров (Москва, 2009), 6th ISABS Conference on Human Genome Project Based Applications in Forensic Science, Anthropology and Individualized Medicine (Split, 2009), IV съезде Российского общества медицинских генетиков (Ростов-на-Дону, 2010).
Декларация личного участия автора. В диссертационной работе использованы экспериментальные и аналитические материалы, полученные лично автором. Автор являлся организатором и участником всех экспедиций по сбору образцов крови у представителей различных народов Кавказа; осуществлял выделение ДНК из образцов крови; проводил молекулярно-генетический анализ ДНК, который включал полимеразную цепную реакцию ДНК, рестрикционный анализ фрагментов, секвенирование кодирующего региона и гипервариабельного сегмента 1/2 мтДНК и целых молекул мтДНК; секвенирование ряда фрагментов Y-хромосомы, рестрикционный анализ и анализ STR Y-хромосомы; выполнял статистический и филогенетический анализ полученных данных; оформлял результаты исследования в виде статей. Суммарно личное участие автора составляет около 90%.
Благодарности
Значительная часть работы, связанная с секвенированием нуклеотидных последовательностей мтДНК, анализом кодирующего региона мтДНК, а также анализом Y-хромосомы была выполнена на базе Эстонского биоцентра (г.Тарту). Автор выражает огромную признательность директору Эстонского биоцентра профессору Рихарду Виллемсу и сотрудниками лаборатории за плодотворное сотрудничество. Автор благодарен сотрудникам лаборатории молекулярной генетики человека ИБГ УНЦ РАН Рите Хусаиновой, Сергею Литвинову, Руслану Валиеву, принимавшим участие в экспедициях, а также в выполнении экспериментальной части работы. Автор выражает искреннюю признательность всем представителям народов Кавказа за безвозмездное предоставление образцов для проводимых исследований.
Работа получила финансовую поддержку Президента Российской Федерации МК-488.2006.4 и МК-2035.2008.4, а также Российского фонда фундаментальных исследований 04-04-48678-а и 07-04-01016-а.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 34 работы, в том числе в журналах из перечня ВАК - 25 статей.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 285 страницах машинописного текста и включает 19 таблиц и 34 рисунка. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 3-х глав, описывающих результаты и их обсуждение, заключения, выводов, списка литературы, состоящего из 319 источников, в том числе 284 зарубежных публикаций, и приложения.
Применение Y-хромосомы в популяционно-генетических исследованиях
Как уже отмечалось, Y-хромосома широко используется в популяционно-генетических исследованиях, построении генеалогических деревьев, а также как объект изучения в медицинской генетике, судебной медицине и эволюционных исследованиях человека [Hammer et al., 1997; Blanco et al., 2000; Underhill et al., 2000; Jobling, 2001a; Kayser, Sajantila, 2001; Hammer, Zegura, 2002; Jobling, Tyler-Smith, 2003; Животовский, 2006; Chiaroni et al., 2009]. Причиной этому послужил ряд особенностей Y-хромосомы. Во-первых, ввиду того что Y-хромосома участвует в определении? пола, она; передается только, от отца; к сыну. Это- позволяет отслеживать наследование данной хромосомы строгого мужскойшинии. При? этом в. нормальном- случае; Y-хромосома представлена в геноме; человека в виде единственной копии И; за исключением псевдоаутосомных; регионов на . теломерах (неболее 5%. всей длины хромосомы),- не; рекомбинирует. Иными словами;можно сказать, что накапливающиеся в нерёкомбинирующей.части Y-хромосомы (NRY) мутации сохраняются и передаются неизменными в ряду поколений, представляя собойединыйлокус. Помимо; того,-что; данная особенность позволяет отслеживать генеалогию и связи между древними и современными вариантами Y-хромосомы, длянее также показан примерно в четыре раза более низкий эффективный размер популяции- по отношению к аутосомами близкий к таковому для мтДНК [Jobling; Tyler-Smithy 2003] . Это делает ее весьма чувствительной к; эффектам. дрейфа; в особенности к эффекту основателя; что. существенно повышает степень, дискриминации популяций при использовании Y-хромосомы- в популяционо-генетических исследованиях [Underfill! et alt, 2001; Jobling, Tyler-Smith, 2003].
Еще один важный фактор;, повышающий генетическую подраздел енность і популяций по данным Y-хромосомы — это патрилокальность. Известно, что в большинстве; современных популяций человека (до 70%) [Jobling, Tyler-Smith; 2003]- после свадьбы, обычно жена уходит из; семьи в дом. мужа,. а не наоборот, в то время, как мужчины, несмотря; на; возможные многочисленные перемещения; в большинстве случаев, в итоге оседают для семейной жизни в регионе, где родились сами [Seielstad; 2000]. В некоторых случаях при этом; доля патрилокальносте и матрилокальности может быть примерно равна, как в популяциях Южной . Америки [Mesa et al., 2000; Seielstad, 2000]. На межконтинентальном уровне вероятна более высокая частота миграции для мужчин, что связано во многом с тем, что поиск новых мест для оседания более характерен для мужчин [Hammer et al., 2001]. Например, экспансия мужчин-европейцев в некоторые регионы мира (например,- в: Америку) существенно повлияла на разнообразие различных вариантов? Y-хромосомы: [Garvajal-Carmonai EG et аГ., 2000; Carvalho-Silva; et all, : 2001]; Так или иначе, в небольших географических: масштабах; дляз женщин». ранее; была! показана почти восьмикратно более высокая! частота: перемещений; по сравнению с. мужчинами; что было связано.именно; с патрилокальностью [Hammer et all, 2001].
Помимо уже упомянутых- эффектов дрейфа, которые могут быть связаны, с различными: причинами (массовые:эпидемии, войны, природные катаклизмы и т.д.), одним: из механизмов: формирования: определенных паттернов распределения гаплогрупп- Y-хромосомы является; отбор, который может быть связан; с мутациями, в; функционально-1 значимых участках Y-хромосомьг. Несмотря на. то что/ в: качестве маркеров обычно? рассматриваются нейтральные.мутации; действие нащихотбора обусловлено существованием; Y-хромосомы как; единого локуса. Другими словами; если мутация в- функционально- значимом, участке NRY: существенно- снижает жизнеспособность индивида, то- элиминирующее действие отбора-, затронет весь организм в целом» [Jbbling; Tyler-Smith, 2003]. В данном случае нельзя говорить, о полном, отсутствии» нейтральности использующихся маркеров ввиду того что; во-первых, вероятность, мутационных процессов, затрагивающих функционально значимые участки- имеет стохастическое распределение, а, во-вторых, данные по Y-хромосоме во многом связаны: с социальными факторами, способными-в ряде случаев свести на нет действие отбора, либо повлиять на формирование специфической картины [Dupanloup et al., 2003; Hage, Marck, 2003; Jobling; Tyler-Smith, 2003; Goltsova, 2005].
Заселение Кавказа по данным археологии и антропологии
Самые древние следы присутствия человека на Кавказе относятся к нижнему палеолиту, точнее, вероятно, к миндель-рисскому времени. К таковым следам относятся изделия, впервые встреченные на высоких террасах Черноморского побережья, в окресностях Сухуми, у села Яштук, Гвард и др. (ручные рубила шелльского и ашельского типов, отщепы клектонского типа), ручные рубила в Армении. Причем стоянки шелльской поры Армении связаны через Араратскую долину с одновременными древностями верхнего бассейна Тигра и Евфрата [Косвен, 1960; Федоров, 1983]. Также шелльские и ашельские орудия были найдены в Южной Осетии, а на Северном Кавказе древнейшие орудия первобытного человека обнаружены в Прикубанье - у станицы Абхазской [Косвен, 1960]. Однако дальнейшее продвижение на север в это время было ограничено ввиду того что естественной границей расселения первобытных людей через Кавказский перешеек была Манычская впадина, поскольку в ледниковую эпоху здесь неоднократно- образовывался? широкий. пролив; соединявший; акватории древнего КаспияжЧерногогморя; Наибольшей длины этот пролив достигал в межледниковые периоды, когда талые воды устремлялись по руслу Волги в Каспий; шуровень моря- поднимался? до десяти метров; а- Манычская- впадина превращалась»вгглубокиШи;широкий канал. [Федоров; 1983] : Кроме того; и в периоды; оледенений? степное Предкавказье, как и все Волго-Донское Междуречье, было малопривлекательным, для охотников и рыболовов при этом снижение уровня: воды в Манычском проливе сопровождалось установлением арктического-приледникового-климата; иживотные, ах ними-и человек, мигрировали на юг, ближе к предгорьям [Федоров, 1983]. В целом, в эпоху палеолита жизнь первобытных людей Северного Кавказа была связана с Южным Кавказом: Я! А; Федоров- указывал, на то, что; индустрия раннего? палеолита и на верхнем Евфрате; и в Армении, а; затем и в;Южной; Осетии-были обнаружены.каменные; орудия, известные и в Азербайджане, и в Дагестане. Он же предположил, что изготовители, ручных рубил из цельного нуклеуса проложили себе путь из Северной Месопотамии: через Малый Кавказ в бассейны Куры и Аракса, после чего обогнули южные отроги Большого Кавказского хребта и проникли в Дагестан и западный Прикаспий; обнаруживая,.таким; образом, восточный путь из Передней Азии в сторону Кавказского перешейка [Федоров,. 1983].
Что касается-другого пути, он прослеживается по распространению каменных орудий из отщепов камня, характерных для абхазских древностей, а также для раннепалеолитической индустрии Малой Азии. Приморская полоса Западной части Южного Кавказа экологически была крайне благоприятной для расселения древнейшего человека.Таким образом, можно предполагать древнейшие связи Западного Кавказа с Передней Азией, осуществлявшиеся, по-видимому, через Анатолию [Федоров, 1983; Анчабадзе, Аргун, 2007]. При этом прослеживаемое в позднепалеолитической культуре Западного Закавказья единство отражает определенную этнокультурную и языковую, общность древнейшего населения региона [Анчабадзе, Аргун, 2007].
Впоследствии уже в мезолите-неолите эти известные человеку еще с глубокой древности маршруты из Передней Азии использовались как пути на север: Западным путем воспользовались неолитические группы землевладельческого населения Анатолии в поисках новых мест обитания. Они прошли вдоль побережья Черного моря и расселились на Северо-Западном Кавказе среди аборигенов неолитического населения Западной Грузии, Абхазии, Адыгеи. Именно с неолитом связывается проникновение на-Западный Кавказ специфических переднеазиатских орудий земледелия-[Федоров, 1983]. Неудивительно, что и сегодня в населении областей Передней Азии, примыкающих к Южному Кавказу, ярко выражены черты балкано-кавказской малойфасы [Рогинский, Левин, 1955]. Важно учитывать, что неолит Западной части Южного Кавказа складывался на базе местной мезолитической культуры [Анчабадзе, Аргун, 2007]. Однако уже ко второй половине II тысячелетия до н.э. на широкой территории Северного Кавказа от Прикубанья до Дагестана получили распространение памятники северокавказской культуры, относящиеся к эпохе ранней бронзы, начало которой относится, вероятно, ко второй половине третьего тысячелетия. Возникла она, по-видимому, на почве медной (энеолитической) культуры, существовавшей на Кавказе относительно недолго. В эпоху развитой и поздней бронзы культура населения отдельных местностей Кавказа приобретает чрезвычайную пестроту и разнообразие [Косвен, 1960; Абдушелишвили, 1966]. Кроме того, ввиду того что палеолитические процессы миграций и взаимоотношений отдельных популяций человека могли быть стерты и сведения о них чрезвычайно скудны, именно с неолита наиболее целесообразно рассматривать этногенез народов Кавказа, явившийся, по всей видимости, результатом длительных процессов межэтнического взаимодействия.
Полиморфизм Y хромосомы в популяциях Кавказа
В результате анализа 61" диаллельного маркера Y-xpoMocoMbi,(M9, М89, YAP (Ml), М174, М40, М35, М78, М81, М123, М130; М48, 12G, М267, М62, PAGE8, М172, Ml2, Ml02, M201, M285, M342, P20, PI5, PI6, M286, M287, Pagel9, M170, M253, M438, P37, M223, M52, M231, Tat (M46), P43, Del, M128, M175, M20, Mil, M22, M70, 92R7, M207, M242, M173, M306, SRY1532, M17, M458, M198, M73, M478, M269, M343, M124, M207, M168, M436, M410) в, популяциях Кавказа было выявлено 37 гаплогрупп (С, G3c, D, Е, ЕЗЫ, ЕЗЬЗ, F , Gl, G2, Н; II, 12 , I2a;.I2b, XI , Ле , J2a , J2a2 , J2a2a, J2b, К , T, LI, L2, L3, N , N2, N3, О, Q, R , Rla ; Rial, Rlalf, Rlb2, Rlb3, R2).
В целом три основные гаплогруппы G, J иц Rl, представленные в популяциях Кавказа субклейдами G2, Л , J2a , J2a2 , Rial и Rlblb2, покрывают 86.4% генетической вариабельности кавказских популяций и только 13.6% генетического- разнообразия приходится на оставшиеся-гаплогруппы: I, L, С, Е, Q, N, К, О, R2, D, R и Н (табл. 10). Для различных регионов Кавказа характерен свой паттерн распределения гаплогрупп.
Для Северо-Восточного Кавказа характерны высокие частоты гаплогруппы Л (в среднем .35.9%) и низкие G (в среднем около 5%) при низкой частоте гаплогруппы J2 в Дагестане. С другой стороны, у чеченцев и ингушей наблюдается очень высокая частота гаплогруппы J2, что выделяет их среди прочих популяций Северо-Восточного Кавказа, причем у ингушей гаплогруппа Л практически не встречается (1.9%), а у чеченцев ее частота достигает 24%. При этом в обеих этих популяциях отмечаются низкие частоты G (4.8 и 1.2% соответственно). Южный и Северо-Западный Кавказ, наоборот, демонстрирует высокие частоты J2 и G, а для Л зафиксированы низкие частоты (в среднем, не более 5%), причем во всех популяциях.
В популяциях Кавказа гаплогруппа J2: состоит большей;; частью., из субклэйдов:.J2a2 (М67 (14.5%); и; J2a - (М410) - (7.8%); J2b (Ш:2 встречается; с заметно; меньшей частотой? (0;5%);. В1 целом; J2a2 иJ2a наиболее часто встречаются; в северо-западных популяциях и Южном Кавказе: В- то же время _ чеченцы ш ингуши являются своего; рода: исключением в распределении частоты гаплогруппы J2a2 (табл. 10). Интересно; что у ингушей: обнаруживается самая высокая в- мире частота гаплогруппы:J2a2 (81.9%) что свидетельствует,, скорее всего; об эффекте основателям этой популяции.
Также наиболее частой гаплогруппой в популяциях Кавказа;является гаплогруппа G. Эта; гаплогруппа широко, распространена в популяцих Передней; Азии? с; частотой 5-15%, а также вь странах: Южной Европы. (особенно; в Италии? и Ереции) с: заметным, градиентом снижения частоты гаплогруппы в направлении; с востока на запад- и резким, уменьшением ее; частоты, в северном? направлении. Большая часть образцов; гаплогруппы G в популяциях Кавказа принадлежит к субклэйду G2, за исключением нескольких образцов (из популяции армян); которые относятся с субклэйду G1. Обнаружение G1 линий на Южном Кавказе не удивительно,.поскольку ранее эти редкие линии; выявлялись в популяции турков [Ginnioglu et: al.,, 2004] и Иране [Regueiro; et al., 2006]. Субклэйд G2 неравномерно распределен; в популяциях Кавказа, являясь.наиболеечастым в популяциях Северо-Западного и Южного Кавказа, покрывая? до 45% всего? Y хромосомного пула популяций и с наибольшей частотой выявляясь у северных осетин (до 70%). В то же время частота этой гаплогруппы в популяциях северо-востока Кавказа является относительно низкой: в среднем 5%, варьируя от 0 до 19%.
Интересно, что снижение частоты гаплогруппы G (одной из самых распространенных гаплогрупп на Кавказе) в направлении Восточной Европы, например в популяциях русских и украинцев [Kharkov et al., 2005; Balanovsky et al .,. 2008]) происходит очень, резкое и географическое распространение этой гаплогруппы - в этом- направлении? буквально обрывается достигая крайне небольших значений; ее частоты в; этих славянских, популяциях. Это свидетельствует о том, что как поток генов? через .территорию- Кавказа в северном направлении, так, и миграция- с; территории Кавказатна равнину были крайне незначительны. В? то же время мы можем отметить признаки;обратного потока генов:из.Восточной Европы на территорию Кавказа, большеш частью касающихся популяций Северо-Западного Кавказа.1 Наиболее ярким примером; является присутствие; гаплогруппы R1 а! (наиболее: распространенной гаплогруппьку украинцев и русских, покрывающих до 50% разнообразия; отцовских линий) - [Kharkov et аГ., 2005; Balanovsky et al., 2008], со средней- частотой-: 16.5%, в северозападных кавказских популяциях, снижаясь до 8;4% в популяциях Южного Кавказа и составляя лишь. ЗЛ%: на Северо-Восточном- Кавказе. Также- в популяциях Кавказа обнаружена гаплогруппа,, характерная для популяций Европы Rlala7, которая определяется маркером М458 [Underhill et al., 2009]. Эта гаплогруппа выявляется,в популяциях,Северо-Западного Кавказа и, свидетельствует о потоке генов- из европейских популяций, на; Кавказ-. Другим примером: может служить гаплогруппа I, имеющая европейское происхождение [Semino et al., 2000а; Rootsi et- al., 2004]. Наиболее распространенной на Кавказе является ее субклэйд 12а:, который также является наиболее частым на территории Восточной Европы. Несмотря на низкую частоту (2.2%), 12а встречается в большинстве северо-западных популяций Кавказа, а также на Южном Кавказе, при этом практически отсутствуя в популяциях Северо-Восточного Кавказа (за исключением андийцев). В то же время эта гаплогруппа демонстрирует исключительно высокую частоту в некоторых популяциях: у андийцев (24.5%) и караногайцев (13.1%).
Полиморфизм Alu инсерций в популяциях Кавказа
Нами было? проанализировано?! 13 локусовшолиморфных-А1ш инсерций (Ya5NBC27, Ya5NB51,. Ya5NBC102;,/ Ya5NBC123; ; Ya5NBC148,: Ya5NBGl82; ACE, ApoAl", B65; PV92, TPA25, Yb8NBC480,. Yb8NBC485) в. популяциях Кавказа, а также проведено сравнение изученных популяций с популяциями Европы, Центральной Азии» и Волго-Уральского региона5 (ВУР): Ввиду того что эффективный , размер популяции, для аутосомных локусов в четыре раза больше, нежели для; однородительских. маркеров, основная задача1 при анализе Alu инсерций в. данной: работе была, связана с тестированием изученных популяций на наличие эффекта дрейфа,, в особенности популяций- Дагестана, для- которых характерен высокий коэффициент инбридинга; [Гаджиев, 1972; Рогова,- 1997]. Во« многих изученных нами популяциях отмечался-дрейф генов, выявленный нами как по данным Y-хромосомы, так и по данным мтДНК.
Частоты 13 Alu-инсерций в 23 популяциях; Кавказа представлены в табл. 14. Все локусьг оказались, полиморфными; за-; исключением . локуса ApoAl у армян;. оказавшегося- фиксированным по инсерций и близким- к фиксации у южных осетин. Однако»ввиду того что частота данной инсерций весьма высока (более 90%) не, только во всех популяциях Кавказа; но и в популяциях Европы [Watkins et al., 2003], Волго-Уральского региона и Центральной Азии [наши неопубликованные данные], можно полагать, что фиксация обусловлена незначительным объемом выборки (N=42), и обнаружение делеций по данному локусу весьма вероятно ожидать с ее увеличением. Также можно отметить низкие по сравнению с Центральной и Юго-Восточной Азией частоты, инсерций PV92, Ya5NBC148 и Yb8NBC480, для которых ранее был показан градиент увеличения частоты с запада на восток [Watkins et al., 2001; Watkins et al., 2003]. Любопытно также отметить, что частота по локусу PV92 существенна у караногайцев и, что интересно, у ингушей- и южных осетин-,, по .сравнению, с прочими; кавказскими популяциями..Если в отношении караногайцев--.-данный-;-факт является- скорее подтверждением: их центральноазиатского; происхождения, то у ингушей данный, факт может быть, объяснен скорее: эффектом.- дрейфа;, о? чем- также может свидетельствовать, высокая частота гаплогруппы» J21M172 Y- хромосомы (82%); а: также относительно высокая для данного региона, частота гаплогруппы L3-M357 (8.6%). С другой стороны, время коалесценции, рассчитанное, для;J2-M172 (около 9 тыс. лет) свидетельствует о том; что разнообразие линий1 в; пределах клейда J2-M172; сложилось, относительно давно; Для,южныхлосетин такое распределение частот может быть объяснено1 малым? объемом выборки -І (N= 17).. Также важно І отметить, что по/ двум; другим подобным, локусам (Ya5NBG148 и: Yb8NBG480) таких выраженных отличий ВПОпуляцияхКавказанешаблюдается..
В: табл. 15 представлены-данные: по показателям, гетерозиготности в; популяциях. Кавказа; Уровень гетерозиготности значительно варьирует в различных популяциях: от 011-207 по локусу NBC123 у багуалинцев до максимально; возможно? для диаллельноголокуса0;5000то локусам NBC51, NBG182, AGE, B65;EV92, ТРА25 №NBG485;
Было; проведено 299v тестов на соответствие распределению Харди-Вайнберга;,Из них 26-показали значимое отклонение (р 0:05), связанное как с недостатком, так и с избытком гетерозигот. Однако;,ввиду того что;не было обнаружено какой-либо закономерности в этих отклонениях; по: какому-либо локусу или в. какой-либо популяции, можно предположить, что данные отклонения наиболее вероятно вызваны случайными генетическими процессами в популяциях и не обусловлены влиянием каких-либо критических факторов. Кроме того, сюда также относятся; два упомянутых случая фиксации по локусу АроАІ в популяциях армян и южных осетин.
Результаты» попарного сравнения популяций приведены в табл. 16. Можно видеть, что, несмотряна то что статистически наблюдаемые различия-между частотами обнаружены в подавляющем большинстве сравнений, многие тесты выявили их отсутствие. Любопытно, что популяция южных осетин практически не демонстрирует статистических различий с прочими популяциями,Кавказа, за исключением армян, кабардинцев и трех популяций Дагестана, в то время как северные осетины обнаруживают статистические различия практически- со всеми популяциями, за исключением лезгин, даргинцев, чеченцев и южных осетин. По. большому счету систематических закономерностей в распределении статистически значимых отличий между парами популяций не отмечается.
Величина коэффициента генетической дифференциации Gst на Кавказе (табл. 17) составляет 2.9%, что соответствует этому показателю в Волго-Уральском регионе и несколько ниже этого показателя для популяций Западной, Центральной и Северной Европы (3.2%) по тем же локусам [Watkins et al., 2003]. В совокупности для 31 популяции Кавказа, Европы и Волго-Уральского региона (приведенные в табл. 17 как Европа (Западная, Центральная, Северная)) показатель Gst составляет 3.7%, что является относительно невысоким показателем по сравнению с рядом азиатских регионов и учитывая довольно большую площадь и разнородность народов, населяющих эту территорию.
По данным о частотах Alu-инсерций также был проведен анализ молекулярных различий между популяциями (табл. 18). Первое, что следует отметить — крайне низкие значения показателей генетических различий по сравнению как с мтДНК, так и с Y-хромосомой, причем по всем показателям. Как при рассмотрении всех популяций в виде одной группы, так и в случае выделения их по лингвистическим и географическим группам, показатель генетических различий составляет менее 1%. Иными словами, использование данных 13 Alu-инсерций не позволяет в достаточной степени дискриминировать изученные популяции.
