Введение к работе
Актуальность темы. В связи с открытием в молекулярной биологии явления полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДР:) ДНК появилась возможность исследования структуры и эволюции популяций человека на уровне ДНК - материального субстрата наследственности. Генетическая изменчивость,наблюдаемая на уровне ДЕК, существенно вьше, чем на уровне белков: основная часть полиморфных участков ДНК принадлежит нетранскрибируемьм областям генома, частичные изменения которых чаще всего не имеют прямого фенотши-ческого проявления. Этим определяется значительный научный интерес изучения полиморфных ДНК-локусов в качестве генетических маркеров популяций.
В настоящее Еремя изучение полиморфизма ДНК проводится во многих популяциях мира, при этом в исследования включаются как диаллельные, так и гшервариабельные локусспецифические последовательности ДНК; для многих полиморфных систем установлены попу-ляционные различия в распределении частот аллелей; показано, что гшервариабельные локусы ДНК, в силу своей большей гетероэигот-ности в популяциях, являются более информативными маркерами при изучении структуры популяцій. Использование не в качестве генетических маркеров популяций диаллельных ДНК-локусов приобретает особенный интерес тогда, когда для одной из аллелькых форм полиморфной' системы установлено неравновесное генетическое сцепление с каким-либо наследственным заболеванием. Так, для ДНК-локусов МЕТ и Д75 23, картированных на 7-й хромосоме и сцепленных с геном муковисцидоза, установлены и неравновесное сцепление с данным заболеванием, и попуяяционные различия в распределении частот аллелей (Баранов с соавт., 1991; Лившиц с соавт., 1990).
Среди гипервариабельных локусов ДНК, очевидно, наиболее информативными в популяционных иеследованшх ДНК-маркерами должны быть минисателлитнш последовательности, имеющие гомологии во многих участках генома. Широкий популяцпонный полиморфизм, открываемый с помощью единственного ДНК-зонда - основное преимущество, предполагающее получение бэгатой информации при использовании таких полиморфных систем ДНК в популяционно-генетических исследованиях. В 1937 году в работах Вассара с соавт. (vassart st al. J и Рискова с соавт. было показано, что к маркерам такого типа относятся 'гипервариабельные последовательности ДНК, выявляемые с помощью гибридизациошюй пробы ДНК бактериофага !Ш. Для гибри-
дизующихся с ней' участков геномной ДНК человека характерны высокая межиндивидуальная специфичность, соматическая стабильность и ыенделевский тип наследования. В отличие от большинства других описанных мш-шсателлитов, для которых характерно преимущественно прицентромерное и теломерное расположение на хромосомах, последовательности ДНК, гиЗрвдиэующиеся с зондом ДНК фага М13, равномерно распределены по всем хромосомам Ichriatmann et al.,1991).
йетод выявления гшерполшорфизма ДНК, названный "геномной дактилоскопией", нашел применение прежде всего в судебной экспертизе для идентификации личности и установления кровного родства. Ь популяционных же исследованиях пока сделаны лишь первье попытки использования минисателлитного гиперполиморфизма ДНК, показавшие его преимущества и трудности, связанные с анализом получаемых данных (Барышева с соавт.,1989,1991). Основным недостатком таких полиморфных систем является отсутствие генетической интерпретации происхождения фрагментов гибридизации. Неизвестное число локусов не позволяет работать непосредственно с аллелями, использовать стандартные методы популяцюнной генетики и анализа данных. Всеми этими факторами определяется актуальность дальнейшего изучения полиморфной системы ДНК, выявляемой зондом ДНК фага ;Ш, характера распределения ее вариантов в популяциях человека и возможностей применения в популяционно-генетическом анализе.
исходя из огих предпосылок, указанные полиморфные системы ДНК били использованы в данной работе: характер распределения их аллельных вариантов изучен в трех популяциях башкир, представляющих различные этногеографические группы, и в популяции коми, принадлежащей к ^.инно-угорской группе народностей.
Выбор объекта исследования также не был случайным. Популяция башкир среди народов Волго-Уральского региона отличается значительной сложностью своего этногенеза, протекавшего на основе объединения различных по происхождению центральноазиатских, южносибирских, индоиранских, угро-финских и булгаро-мадьярских родо-племонных образований. В настоящее время в популяции башкир исследователи выделяют четыре этногеографические группы, отличающиеся путями консолидации и этнокультурными процессами (Кузеев, 1974). Генетическая дифіеренциация современной популяции башкир и генетическая близость их с отдельными тюркскими и фшно-угор-. сними народами Волго-Уральскзго региона была показана ранее Ра-фиг.овым с соавт. 4931,1987,1990) на основе изучения распределе-
- З -ния частот аллелей биохимических полиморфных систем групп крови и белков. Таким образом, с одной стороны, мы тлели возможность проверки информативности полиморфных систем ДНК на этногеогра-фических группах одного народа и сравнения результатов с данными о биохимическом полиморфизме, и, с .другой стороны, наши данные должны были явиться вкладом в изучение генетической структуры популяции башкир.
Исходя из вышеизложенного, были сформулированы основные цель и задачи данной работы.
Цель исследования. Целью настоящего исследования являлось определение возможностей применения полиморфизма ДНК в популя-ционно-генетических исследованиях.
Задачи исследования.В соответствие с целью исследования, были поставлены следующие задачи:
1 .Провести сравнительный анализ характера распределения частот аллелей диморфных ДНК-локусов MET иД7з23, сцепленных с геном муковисцидоза, в различных этногеограрических группах башкир и в популяции коми, представляющей финно-угорскую группу народностей.
2.Провести методом геномной дактилоскопии на основе ДНК бактериофага М13 ПДРі'-анализ ДНК в изучаемых популяциях башкир и коми.
3.Провести оценку метода факторного анализа соответствий при использовании его для' анализа ДНК-фингерпринтов.
Новизна и практическое значение работы. Впервые в популяции башкир, с учетом этногеограрических подразделений и в сравнительном аспекте с финно-угорской группой, начато исследование . полиморфизма ядерного генома.
Определение частот аллелей полиморфных локусов МЕТ и Д7323, сцепленных с геном муковисцидоза, тлеет значение как для попу-ляционной генетики - представляет новую информацию о генофонде народов одного из регионов страны - Урала, так и для медицины -может послужить первым шагом віизучении проблемы распространенности и генетических причин муковисцидоза в Башкирии.
Впервые проведено изучение возможности использования гипер-полиморфнзма мшшсателлитов ДНК человека, выявляемого на картинах гибридизации типа "фшгерпринт", в популяцнонно-генетичес-ких исследованиях на уровне этнических групп и народов. Показа--но, что выбранный для ПДР--анализа гибридизационный зонд ДНК
"- 4 -
фага М13 в сочетании с последующей компьютерной обработкой картин гибридизации методом факторного анализа соответствий, мокет являться надежны.! методом популяционно-генетическюс исследований) позволяющим дифререщиировать популяции по небольшим выборкам. Полученные данные могут представлять практический интерес и для целей судебной экспертизы, в случае использования метода геномной дактилоскопии на основе ДНК-зонда М13 для идентификации личности или установления отцовства, поскольку проведение таких анализов требует предварительной информации о характере распределения частот фрагментов картин гибридизации в популяции.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Возможность использования диморфных ДНК-локусов МЕТ и Д7з23, сцепленных с геном муковисцидоза, в качестве генетических маркеров популяций,на основании сравнительного анализа распределения частот их аллелей среди башкир и коми с аналогичными данными по другим популяциям.
2.Значительная генетическая однородность популяций башкир (этногеографических групп) по характеру распределения частот ал-" лелей и генотипов ДНК-локусов МЕТ и Д7323, установленная на основании расчета генетических расстояний по частотам аллелей указанных локусов.
3.Возможность использования гипервариабельных участков ДНК человека, гомологичных ДНК бактериофага М13, в качестве'высоко-информативных маркеров популяций.
4.Выявление различий в исследуемых популяциях башкир и коми по оценке среднего числа гипервариабельных фрагментов у отдельного 'индивидуума и по распределению частот некоторых фракций. .
5.Использование метода факторного анализа соответствий в приложении к обработке ДНК-фингерпринтов для подтвервдения генетической подразделенности изученных популяций.
Апробацта работы.Результаты исследования были представлены на 11 Всесоюзном съезде медицинских генетиков (Алма-Ата, 1990), на научной кощеренцш "Изучение и рациональное .использование природных ресурсов (Уфа, 1991), на УШ Международном конгрессе по генетике человека (США, 1991), на 11 Всесоюзной конференции "Геном человека-91" (ПереславлыЗалесский, 1991), на 11 итоговой конференции "Геном человека и патология" (Томск, 1992), на международной конференции "Геном человека- 92" (франция, 1992).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследований, изложения результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц и иллюстрирована 11 рисунками. Список цитируемой литературы включает 177 наименований.