Генетическая структура и молекулярная филогеография народов кавказа
На правах рукописи
КУТУЕВ
ИЛЬДУС АЛЬБЕРТОВИЧ
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЛОГЕОГРАФИЯ
НАРОДОВ КАВКАЗА
03.02.07 – генетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Уфа 2010
2
Работа выполнена в лаборатории молекулярной генетики человека
Учреждения Российской Академии наук Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Хуснутдинова Эльза Камилевна
Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Викторова Татьяна Викторовна Башкирский государственный медицинский университет доктор биологических наук, профессор Перевозчиков Илья Васильевич Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова доктор биологических наук Малярчук Борис Аркадьевич Институт биологических проблем Севера Дальневосточного отделения РАН
Ведущая организация: Медико-генетический научный центр РАМН (г. Москва)
Защита диссертации состоится «»_2010 г. в час.
на заседании диссертационного Совета ДМ 002.133.01 при Учреждении Российской Академии наук Институте биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН по адресу: Уфа, пр. Октября, 71.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского научного центра РАН (Уфа, пр. Октября, 71), с авторефератом - на сайте ВАК РФ и на сайте ИБГ УНЦ РАН: ibg.anrb.ru/dissov.html e-mail: [email protected]
Автореферат разослан «_» 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного Совета С.М.Бикбулатова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
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, Использование данных маркеров, называемых также Kivisild, 2007].
«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 R1b1b2-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 филогенетичсеким 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:
1. Охарактеризовать особенности структуры генофонда народов Кавказа с помощью трех систем маркеров: Y-хромосомы, мтДНК и Alu-инсерций.
2. Определить соотношение западно- и восточноевразийского компонентов в генофонде народов Кавказа по материнским и отцовским линиям.
3. На основании данных целых митохондриальных молекул мтДНК реконструировать филогению гаплогруппы H мтДНК, распространенной в генофонде этнических групп Кавказа и Передней Азии, оценить генетическое разнообразие и эволюционный возраст основных субгрупп гаплогруппы H.
4. С использованием сравнительного филогеографического анализа определить происхождение основных компонентов генофондов этнических групп Кавказа.
5. Оценить генетическое разнообразие и степень генетической дифференциации популяций Кавказа по данным о полиморфизме мтДНК, Y-хромосомы и аутосомных Alu-инсерций.
6. Провести филогеографический анализ наиболее распространенных в популяциях Кавказа гаплогрупп Y-хромосомы и мтДНК.
7. 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 H, оценено генетическое разнообразие и эволюционный возраст ее субклейдов. Установлено, что наиболее вероятным местом возникновения гаплогруппы мтДНК является территория Южного H 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 1.
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 H является территория 2.
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 3.
профилем распределения частот гаплогрупп Y-хромосомы: высокой частотой гаплогрупп G-M201, J-12f2 и R1-M173.
Популяции Кавказа характеризуются высоким уровнем генетического 4.
разнообразия и высокой степенью межпопуляционной дифференциации.
Отмечается незначительный, но отчетливый поток генов из популяций Восточно 5.
европейской равнины в кавказские популяции.
Генофонд народов Кавказа как по данным мтДНК, так и по данным Y-хромосомы 6.
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 7.
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), 2nd 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 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 источников, в том числе 284 зарубежных публикаций, и приложения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Материалом для исследования служили образцы ДНК 23 популяций Кавказа собранных в период с 2002 по 2004 гг. Пробы крови были собраны у взрослых индивидов с заполнением анкеты и подписанием информированного согласия. В популяционные выборки включались здоровые неродственные индивиды на основании предварительного анкетирования, этническая принадлежность которых учитывалась до третьего поколения. Общая численность суммарной выборки при анализе популяций Кавказа составила 2236 человек (Таблица 1).
Таблица 1. Места сбора материала и объемы выборок изученных популяций Лингвистическая N N N Популяции Место сбора материала семья мтДНК Y хр Alu Абазины Карачаево-Черкесия Северокавказская 105 88 Абхазы Республика Абхазия Северокавказская 135 162 Адыгейцы Адыгея Северокавказская 155 154 Андийцы Дагестан Северокавказская 62 49 Армяне Республика Абхазия, Армения Индоевропейская 57 57 Аварцы Дагестан Северокавказская 61 42 Багуалинцы Дагестан Северокавказская 33 28 Балкарцы Кабардино-Балкария Алтайская 140 135 Чамалинцы Дагестан Северокавказская 34 27 Чеченцы Чеченская Республика Северокавказская 176 165 Черкесы Карачаево-Черкесия Северокавказская 123 126 Даргинцы Дагестан Северокавказская 110 67 Ингуши Ингушетия Северокавказская 103 105 Кабардинцы Кабардино-Балкария Северокавказская 149 140 Карачаевцы Карачаево-Черкесия Алтайская 106 69 Кумыки Дагестан Алтайская 110 73 Лезгины Дагестан Северокавказская 46 31 Мегрелы Республика Абхазия Картвельская 77 65 Ногайцы Карачаево-Черкесия Алтайская 131 87 кубанские Караногайцы Республика Дагестан Алтайская 130 76 Сев. Осетины Северная Осетия-Алания Индоевропейская 140 132 Юж. Осетины Северная Осетия-Алания Индоевропейская 22 21 Табасараны Республика Дагестан Северокавказская 52 43 Продукт полимеразной цепной реакции (ПЦР), содержащий гипервариабельный сегмент I и II (ГВС I и II) мтДНК, амплифицировали и очищали с применением набора Applied Нуклеотидные ExoSAP-IT Biosystems.
последовательности ГВС1 (16024—16400 п.н.) и ГВС1I (70-350) мтДНК секвенировали с помощью DYEnamictm ET terminator cycle sequencing premix kit (Amersham Pharmacia Biotech, Швеция) с последующим анализом на автоматическом секвенаторе MegaBase1000. Выравнивание и анализ нуклеотидных последовательностей проводили с использованием пакета прикладных программ Genetics Computer Group Wisconsin Package GCG Version 10.0, а также при помощи программы MEGA version 3.0.
Принадлежность к определенным гаплогруппам устанавливали, сравнивая анализируемую нуклеотидную последовательность ГВС1 с кембриджским эталонным сиквенсом [Andrews et al., 1999] и классифицировали согласно современной номенклатуре западно- и восточноевразийских гаплогрупп мтДНК [Torroni et al., 1992;
Torroni et al., 1994b;
Torroni et al., 1996;
Richards et al., 1998;
Macaulay et al., 1999;
Finnila et al., 2001;
Herrnstadt et al., 2002;
Kivisild et al., 2002;
Comas et al., 2004;
Yao et al., 2004].
Принадлежность линий к определенным гаплогруппам подтверждали с помощью анализа 49 маркеров кодирующей области и гипервариабельного сегмента II мтДНК (7028, 14766, 73, 11719, 72, 15904, 4580, 12308, 11467, 12372, 13104, 14139, 4646, 7055, 6386, 9055, 13708, 3010, 14798, 7476, 5633, 13368, 12633, 4216, 8281-9, 249, 12406, 12705, 14470, 1719, 12501, 10238, 10398, 8251, 5417, 10034, 8994, 8251, 663, 10873, 10400, 12403, 12346, 13263, 7196, 8584, 5178, 7598, 4833).
Для определения гаплогрупп Y-хромосомы был использован 61 маркер нерекомбинирующей области Y-хромосомы: M9, M89, YAP (M1), M174, M40, M35, M78, M81, M123, M130, M48, 12f2, M267, M62, PAGE8(P58), M172, M12, M102, M201, M285, M342, P20, P15, P16, M286, M287, Page19, M170, M253, M438, P37, M223, M52, M231, Tat (M46), P43, Del, M128, M175, M20, M11, M22, M70, 92R7, M207, M242, M173, M306, SRY1532, M17, M458, M198, M73, M478, M269, M343, M124, M207, M168, M436, M410. Анализ указанных полиморфизмов большей частью проводили с использованием соответствующих рестриктаз или методом секвенирования при их отсутствии согласно опубликованным протоколам [Casanova et al., 1985;
Mathias et al., 1994;
Hammer, Horai, 1995;
Whitfield et al., 1995;
Zerjal et al., 1997;
Raitio et al., 2001;
Underhill et al., 2001;
Cruciani et al., 2002;
Karafet et al., 2002;
Cinnioglu et al., 2004;
Regueiro et al., 2006;
Karafet et al., 2008]. В работе была использована номенклатура гаплогрупп предложенная Y-хромосомы, Международным консорциумом по Y-хромосоме [YCC, 2002] с последующими исправлениями и дополнениями [Jobling, Tyler-Smith, 2003;
Karafet et al., 2008;
Underhill et al., 2009].
19 микросателлитных локусов (DYS19, DYS388, DYS389I, DYS389II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS439, DYS461, DYS385a, DYS385b, DYS437, DYS438, DYS448, DYS456, DYS458, DYS635, Y GATA H4) были проанализированы на секвенаторе MegaBace 1000. 17 маркеров было проанализировано при помощи Applied Biosystems AmpFlSTR® Yfiler™ Kit. Два дополнительных маркера DYS [de Knijff et al., 1997;
Kayser et al., 1997] и DYS461 [White et al. 1999] были проанализированы отдельно. В каждый образец добавляли стандарт Et 400Rox. Для определения длины фрагмента и числа повторов использовали программу Genetic Profiler 2.2 (Amersham).
Время коалесценции по вариабельности микросателлитных маркеров определяли согласно Zhivotovsky et al. (2004) [Zhivotovsky et al., 2004].
Амплификацию локусов, содержащих Alu-инсерционные полиморфизмы проводили согласно протоколам с использованием праймеров опубликованных ранее [Arcot et al., 1997;
Stoneking et al., 1997;
Arcot et al., 1998;
Carroll et al., 2001].
Статистический анализ базировался на частотах линий и гаплогрупп мтДНК и Y-хромосомы. Частоты гаплогрупп и линий мтДНК и Y-хромосомы рассчитывались методом прямого счета. Достоверность различий по частотам гаплогрупп мтДНК, Y хромосомы и по частотам аллелей Alu инсерций оценивали с помощью точного теста на популяционную дифференциацию [Raymond, Rousset, 1995].
Филогенетические взаимоотношения между нуклеотидными последовательностями мтДНК реконструировали с помощью метода медианных сетей [Bandelt et al., 1999], реализованного в пакете программ Network 4. (http://www.fluxus-engineering.com/sharenet.htm). Полиморфизм длины поли-C трактов в участке 16180-16193, а также полиморфизм в позиции 16519 при построении медианных сетей нами не учитывался. Генетические дистанции и их стандартные ошибки между последовательностями мтДНК рассчитывались как среднее число мутаций между линией-основателем и производными линиями ДНК. При расчетах учитывались только транзиции в диапазоне 16090-16365 мтДНК [Forster et al., 1996;
Saillard et al., 2000].
Для проведения факторного анализа с применением метода главных компонент использовали программу POPSTR, любезно предоставленную Г. Харпендингом, и пакет прикладных программ Statistica, version 6.0 (StatSoft Inc., USA).
Показатели генетического разнообразия (h) [Nei, 1987] и анализ молекулярной дисперсии (AMOVA) [Excoffier et al., 1992] рассчитывали в пакете программ ARLEQUIN, Ver 3.11 package 01 [Schneider et al., 2000]. Значимость Fst оценивали числом пермутаций 10000. Для расчета коэффициента корреляции между различными матрицами нами был использован тест Мантеля, реализованный в программе Arlequin 3.11 (число пермутаций составило 1000).
Для филогеографического анализа были использованы опубликованные ранее данные об изменчивости нуклеотидных последовательностей ГВС1 мтДНК в популяциях коренного населения Северной Африки и Евразии. Суммарный объем базы данных, использованной для сравнительного анализа, составил свыше образцов.
Статистический анализ полученных данных по Alu инсерциям проводили с использованием GenePop (version 3.3, 2001) [Rousset, Raymond, 1995]. Тестирование на соответствие распределения частот генотипов закону Харди-Вайнберга проводили по модифицированному методу цепи Маркова [Nei, 1975].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Полиморфизм мтДНК в популяциях Кавказа Нами был проведен анализ 49 маркеров кодирующего региона мтДНК для определения гаплогрупп мтДНК, а также анализ полных митохондриальных геномов у образцов с гаплогруппой Н. Все образцы были отнесены к 44 гаплогруппам.
Подавляющее большинство гаплогрупп мтДНК, обнаруженные в популяциях Кавказа относится к западноевразийским (HV, H, V, J, T, U, R1, N1a, N1b, N1c, W, X), небольшое число образцов относится к восточноевразийским гаплогруппам (A, B, C, D, E, F, G, Y, Z, M7-M13, R9 и N9a). Средняя частота западноевразийских гаплогрупп мтДНК в популяциях Кавказа составляет 88.58%, однако если мы будем рассматривать популяции Кавказа без ногайцев, то частота западноевразийских линий составляет 92.78%. Соотношение западно- и восточноевразийских линий составляет 77.86 и 20.61% у кубанских ногайцев и 53.08 и 46.92% у караногайцев соответственно. Основную долю митохондриального пула Кавказа составляют гаплогруппы, частота, которых высока в популяциях передней Азии. К таковым относятся гаплогруппы HV, J, T, R1, N1a, N1b, N1c, W, X, а также большинство субклейдов гаплогрупп H и U.
Филогеография гаплогруппы H Нами проведен филогенетический анализ субклейдов гаплогруппы Н с использованием дополнительных маркеров кодирующего региона мтДНК, а также в ряде случаев при помощи анализа целых молекул мтДНК в популяциях Кавказа и Передней Азии. Описано два новых клейда внутри гаплогруппы Н1: Н1с, определяемый транзицией в позиции 477 и H1d, определяемый транзицией в позиции 456. Среди наших образцов из Кавказа, а также Передней Азии мы выявили образцов с заменой в позиции 1438, являющейся диагностической для гаплогруппы H2, но без мутации в сайте 4769, что может служить основанием для того, чтобы предположить возможное возникновение гаплогруппы Н2 за пределами Европы несмотря на то, что ранее он была обнаружена в данном регионе с достаточно высокой частотой, в частности, у финнов [Finnila et al. 2001]. В целом, нами впервые описана достаточно подробная филогения внутри гаплогруппы H с определением характерных только для Кавказа и Передней Азии гаплогрупп, причем филогеография и время коалесценции некоторых из описанных нами субклейдов демонстрируют их возникновение на территории Кавказа (табл. 2).
Одним из субклейдов гаплогруппы Н, демонстрирующим наиболее высокое разнообразие в популяциях Кавказа, является Н13, что, наряду с оцененным временем коалесценции в 31000 лет по данным ГВС-1 и около 25000 лет при расчете, основанном на кодирующем регионе мтДНК, свидетельствует в пользу ее происхождения на территории Южного Кавказа и Передней Азии. Ее экспансия началась, по-видимому, до последнего оледенения. Что касается субгрупп Н3, Н9, Н10, Н19, то они оказались представлены в исследованных популяциях в единичных случаях. Ранее гаплогруппы Н3, Н9 и Н10 были описаны в популяциях Европы [Herrnstadt et al., 2002;
Achilli et al., 2004;
Loogvali et al., 2004], однако Н19 как отдельный клейд с диагностической транзицией 14869 нами описан здесь впервые.
Помимо Н19, нами также выявлены две новые дополнительные субгруппы Н: Н20 и Н21. Гаплогруппа Н20 определяется транзицией в позиции 16218 и трансверсией С-А в позиции 16328, а клейд Н21 определяется транзицией 8994.
Другой широко распространенной ветвью гаплогруппы Н как в популяциях Кавказа, так и в популяциях Европы является Н1. На территории Передней Азии и Кавказа данный клейд встречается со средней частотой 2.3%, что составляет 11% от всех образцов с гаплогруппой Н. Наиболее часто Н1 встречается в популяциях Северного Кавказа (11-18%). Важно отметить, что у карачаевцев и балкарцев все образцы Н1 принадлежат двум субклейдам Н1а и H1b – двум наиболее часто встречающимся субклейдам Н1 в Европе. То есть, наши результаты демонстрируют ассоциированный с гаплогруппой Н поток генов из Восточно-европейской равнины в кавказские популяции, который особенно очевиден, если посмотреть на генетический пул тюркоязычных карачаевцев и балкарцев, где типичные европейские субгруппы Н, такие как Н1а, H1b и Н3 обнаруживаются с высокой частотой. В то же время данная миграция была относительно ограничена, что особенно заметно на фоне частоты прочих субгрупп H как у карачаевцев и балкарцев, так и в прочих популяциях западной части Северного Кавказа.
Характерными практически только для Кавказа и предполагающими автохтонное происхождение субгруппами H являются Н20 и Н21, выявленные с наиболее высокой частотой у мегрелов. Их география распространения не очень широка и эти две субгруппы обнаруживаются также в популяциях Сирии и Иордании, куда они, по всей видимости, проникли с территории Южного Кавказа в результате незначительной обратной миграции на юг (табл. 2).
Таблица 2. Распределение частот субгрупп гаплогруппы Н в популяциях Кавказа и Передней Азии Северозападный Гаплогруппа Карачаевцы, Иорданцы балкарцы Сирийцы Ливанцы Дагестан Осетины Грузины Армяне Кавказ Арабы Мотив Турки H1 3010 13.3 7.4 6.7 14.5 11.4 13.3 18.0 0 20.6 9.1 7. H1a 3010-16162 2.2 0 0 0 0 0 8.0 0 0 0 H1b 3010-16189-16356 1.1 0 0 1.4 0 2.2 10.0 0 0 0 H2 1438 3.3 9.3 3.3 5.8 25.0 2.2 12.0 10.7 5.9 6.1 15. H2a 1438-4769 3.3 7.4 3.3 5.8 25.0 2.2 12.0 3.6 2.9 3.0 15. H2a1 1438-4769-951 1.1 7.4 3.3 4.3 6.7 2.2 8.0 0 2.9 3.0 13. H2a4 1438-4769-11140 0 0 0 0 15.0 0 0 0 0 0 H3 6776 0 0 0 1.4 1.7 0 4.0 0 0 0 H4 5004 5.6 9.3 3.3 0 3.3 6.7 0 3.6 2.9 3.0 9. H4b 5004-10166 3.3 5.6 0 0 3.3 0 0 3.6 2.9 3.0 9. H5 456-16304 8.9 5.6 20.0 8.7 1.7 6.7 24.0 7.1 17.6 6.1 7. H5a 456-16304-4336 2.2 1.9 0 0 1.7 0 0 0 5.9 0 H6 239 1.1 3.7 0 5.8 8.3 4.4 0 10.7 0 0 15. H7 4793 5.6 5.6 3.3 2.9 1.7 0 2.0 3.6 0 0 1. H8 13101 1.1 1.9 0 0 1.7 0 0 7.1 0 0 H11 8448 1.1 0 0 1.4 0 2.2 2.0 0 2.9 0 H13 14872 6.7 7.4 13.3 5.8 15.0 2.2 4.0 7.1 8.8 6.1 5. H13a1 14872-4745 3.3 1.9 3.3 4.3 15.0 2.2 2.0 3.6 5.9 3.0 1. H13a2 14872-709 3.3 5.6 6.7 0 0 0 2.0 0 2.9 3.0 3. H14 7645 1.1 5.6 0 1.4 1.7 0 2.0 3.6 5.9 9.1 3. H18 13708 0 0 0 0 0 0 0 3.6 0 0 9. H20 16328CA 3.3 3.7 6.7 0 0 2.2 4.0 3.6 0 3.0 H21 8994 1.1 0 6.7 5.8 0 2.2 0 0 0 0 N (H) 90 54 30 69 60 45 50 28 34 33 Частота Н (%) 25.0 30.9 15.6 29.5 22.3 15.2 24.6 17.6 20.3 19.0 10. Наибольшее число субклейдов Н обнаруживается в западно-кавказских популяциях, подразумевая, вероятно, распространение данной гаплогруппы на север с территории Передней Азии преимущественно вдоль восточного побережья Черного моря, хотя нельзя недооценивать и пути миграции, связанные с западным Прикаспием, в особенности учитывая высокое частоту H в популяциях Дагестана (табл. 2). О различных путях заселения западной и восточной частей региона свидетельствует также относительно высокая частота Н13а1, которая, вкупе с наличием Н2а4 и Н6а, является характерной чертой популяций Дагестана, выделяя данный регион среди других популяций Северного Кавказа.
Детальный анализ субгрупп гаплогруппы H свидетельствует о том, что до последнего оледенения существовала существенно большая дифференциация гаплогруппы Н, нежели мы сейчас можем наблюдать. Значительная доля существовавшего ранее разнообразия гаплогруппы Н была утеряна в течение Палеолита в силу дрейфа генов в небольших популяциях в результате последнего оледенения. Скорее всего, существующие в настоящее время часто встречающиеся субклейды Н, некоторые из которых ассоциированы с последниковой реколонизацией, были также широко распространены до Последнего ледникового максимума, что снижало риск их случайного исчезновение в силу стохастических процессов в популяциях. Подтверждением этому является тот факт, что верхнепалеолитическая археологическая культура, а, следовательно, и анатомически современный человек существовал на территории Южного Кавказа более чем лет назад, то есть задолго до последнего ледникового максимума, что согласуется с нашими показателями по оценке времени коалесценции субгрупп гаплогруппы H [Adler et al., 2006].
Филогеография гаплогруппы U Существенную часть генетического пула кавказских популяций составляет гаплогруппа U, представленная здесь восемью субклейдами. Большая часть данных субклейдов первоначально возникла и эволюционировала на территории Передней Азии, что позволяет предположить, что субгруппы U, распространенные на территории Кавказа пришли именно из Передней Азии. К таковым относятся, в частности, клейды U1, U3, U7, также, вероятно, субклейды U2, обнаруженные на Кавказе с различной частотой в различных частях этого региона. Так, U1 практически не встречается в Европе и в Центральной Азии, однако широко распространена в популяциях Передней Азии, что, вкупе с ее невысокой частотой на Кавказе может свидетельствовать о проникновении U1 в данный регион именно с территории Передней Азии. При этом в отличие от U1a, обнаруженной как на западе, так и на востоке Кавказа, субклейд U1b был выявлен преимущественно в западной части Северного Кавказа, причем с наибольшей частотой в популяциях карачаевцев и балкарцев. Учитывая, что он представлен практически только мотивом 16111 16214CA-16249-16290-16327 ГВС-1, основной причиной столь высокой частоты можно предполагать дрейф в этой популяции, весьма вероятно последовавший после проникновения U1b на Кавказ вдоль восточного побережья Черного моря. Для Кавказа также характерна высокая частота гаплогруппы U3, что вполне ожидаемо, учитывая ее преимущественное распространение в восточном Средиземноморье.
Любопытно, что ранее в отношении U3 было высказано предположение, что данный маркер наряду с гаплогруппами J и T может быть маркером неолитического расселения с территории Передней Азии. Однако время коалесценции этой гаплогруппы на Кавказе 32100±11700 лет укзывает на ее присутствие в регионе задолго до неолита. Что касается U7, основой путь ее распространения на Кавказ шел, по-видимому, преимущественно через Прикаспий, о чем свидетельствует ее большее распространение в популяциях Дагестана. С другой стороны, учитывая ее невысокие частоты на Кавказе, можно предположить, что миграция ее носителей была ограниченной. Также довольно ограниченным было распространение клейда U2, представленного на Кавказе двумя субгруппами U2e и U2d. В то время как индийские подветви U2 на Кавказе не были обнаружены, а в дагестанских популяциях данная гаплогруппа встречалась относительно редко, можно предположить, что миграция U затронула Кавказ лишь частично, проникнув сюда, вероятно, с территории Передней Азии.
Наряду с клейдами H1a, H1b и H3 гаплогруппы H еще одним маркером европейского влияния являются гаплогруппы U5 и U8b. Гаплогруппа U5 возникла в Европе предположительно во время первого заселения континента [Richards et al., 2000;
Finnila et al., 2001;
Quintana-Murci et al., 2004;
Olivieri et al., 2006;
Pala et al., 2009]. В Передней Азии U5 появилась в результате обратной миграции. Не исключено, что путь данной миграции пролегал через Кавказ, в виду того, что именно на Южном Кавказе и соседним с ним регионах ранее было показано наличие большинства встречающихся в Передней Азии линий U5. Наши данные подтверждают наличие данной гаплогруппы на Кавказе со средними частотами, хотя в нашей выборке армян U5 не была обнаружена. Кроме того, она не была обнаружена в популяциях багуалинцев и чамалинцев, хотя в некоторых популяциях Дагестана ее частота достигала 13% (у аварцев, даргинцев и лезгин), что, вполне согласуется с тем, что горные популяции Дагестана имеют характерный паттерн распределения гаплогрупп как мтДНК, так и Y-хромосомы. Что касается U8b, характеризующей преимущественно постледниковое европейское влияние, на Кавказе данная гаплогруппа оказалась представлена довольно слабо, свидетельствуя о том, что по крайней мере по линии U8 миграция из Европы на Кавказ была достаточно ограничена. В пользу этого говорит также практически полное отсутствие клейда U8a в популяциях Кавказа.
Филогеография гаплогруппы HV На Кавказе клейд HV представлен четырьмя ветвями: HV*, HV0 HV1, HV2. В виду высокой информативности данного клейда важно рассмотреть его отдельно, несмотря на относительно невысокую частоту этой гаплогруппы на Кавказе.
В изученных нами популяциях Кавказа гаплогруппа HV1 встречалась в 14 из популяций. Ее частота варьировала от 0.76% у ногайцев до 4.17% у южных осетин.
Интересен тот факт, что большинство линий гаплогруппы HV1 обнаруженных в популяциях Кавказа имеют мутацию в позиции 16355, при этом линии HV1 без этой замены выявляются почти исключительно в популяциях Южного Кавказа (армян, азербайджанцев, грузин), а также у одного кабардинца, то есть можно отметить, что HV1 в популяциях Северного Кавказа характериризуются заменой в позиции 16355.
Следует отметить, что единичные линии гаплогруппы HV1 распространенные в азиатских популяциях (казахов, курдов, баргутов, хамниган, бурят и якутов) также имеют эту характерную замену [Yao et al., 2004;
Федорова, 2008;
Деренко, 2009].
Построенная медианная сеть по результатам анализа линий мтДНК гаплогруппы HV в изученных нами популяциях Кавказа с привлечением литературных данных по популяциям Европы, Передней Азии и Азии демонстрирует звездообразную филогению (рис. 1). Исходя из полученных данных можно предположить, что HV возникла на территории северо-восточной Африки/Аравийском полуострове. В дальнейшем она распространилась на территорию Передней Азии и Балкан, а также в Средиземноморье и центральную Европу, а другая ветвь распространилась в популяциях Передней Азии и Кавказа.
Полученное время коалесценции для всей гаплогруппы HV1 составило 23700±8300 лет, что очень близко к результатам, полученным Деренко (2009) – 22050±4000 лет. Для кластера, определяющегося мутациями 16067-16355 ГВС (HV1a1), время коалесценции составило 14700±5500 лет. Наиболее правдоподобно будет предположить, что данный кластер начал свою экспансию после окончания последнего ледникового максимума.
Гаплогруппы HV2 была выявлена в 6-ти из 23-х кавказских популяций:
кумыков, табарасаран, армян, черкесов, кубанских ногайцев и караногайцев.
Наибольшая частота этой гаплогруппы была выявлена у армян (2.70%). Очевидно, HV2 проникла на Кавказ достаточно давно, еще до наступления ледников, о чем говорит и рассчитанное для данного клейда время коалесценции - 31700±8800 лет.
Хотя малая репродуктивная успешность носителей данной гаплогруппы привела к небольшому ее распространению как на Кавказе, так и в месте ее предполагаемого возникновения – в Передней Азии. HV2 является достаточно древней гаплогруппой и ее наличие, наряду с более распространенной на Кавказе гаплогруппой HV*, свидетельствует в пользу переднеазиатского происхождения отдельных линий митохондриального пула популяций Кавказа. Интересно, что HV*, корневая по отношению к H гаплогруппа, равномерно распределена по всему Кавказу, встречаясь в 18 популяциях из 23 и лишь у чамалинцев и багуалинцев демонстрирует эффект основателя. Очевидно, что, наряду с некоторыми древними линиями H, клейд HV* свидетельствует в пользу доледниковой миграции с территории Передней Азии на Кавказ (рассчитанное время коалесценции составляет около 20700±7400 лет).
092- 274 147- 242A 274C 265C 186 108A 354 271-304 265 153-278- 292 240- # 311 248 220C-287 284 269 129 209 256 183-327A 317- Рисунок 1. Медианная сеть гаплогруппы HV1 в популяциях Кавказа (красным), Передней Азии (зеленым), Центральной Азии и Сибири (желтым), Европы (синим).
Филогеография гаплогруппы J С максимальной частотой гаплогруппа J встречается в популяциях Передней Азии, где ее частота достигает 20%. Отсюда, очевидно, она и проникла на Кавказ, где она встречается со средними частотами практически во всех популяциях, за исключением балкарцев, багуалинцев, чамалинцев и пришлых караногайцев. Из двух субклейдов гаплогруппы J в популяциях Кавказа чаще встречается гаплогруппа J1 в среднем с частотой 4.68% (до 13% у лезгин и табасаранов). На долю галпогруппы J2 в популяциях Кавказа приходится лишь 0.62%. Следует заметить, что несмотря на традиционное представление о гаплогруппе J1 как о маркере неолитической экспансии, время коалесценции данной гаплогруппы на Кавказе составляет 54000±15000 лет, то есть приходится на начало верхнего палеолита. Построенная по результатам анализа ГВС-1 линий популяций Кавказа и Передней Азии медианная сеть разделена на несколько субкластеров, каждый из которых имеет звездообразную филогению: 069-126-193, 069-126-145-261 и 069-126-145-222-261 (рис. 2).
258AC 235 271 218 215 189 271 215 235 270 295 278- 362-193 243 302 355- 93 355 362 187 212- 92 287 316- 290 311 290- 169 274-355- 311-261 290 163- 288-189 266 261 362 187- 092-249- 219 342 93-189- 145 189 264 241 189-278 318 147- 154 189-356 248 184-224 357 214 191 192- 193 209- 243-266- 261- 172 215-265AT 261- 335-256 186 221 093- 354- 234 126 Рисунок 2. Медианная сеть линий гаплогруппы J1 в популяциях Кавказа (красным) и Передней Азии (зеленым).
Обращает на себя внимание сравнительно небольшое число общих линий J1 в популяциях Кавказа и Передней Азии. Также следует, отметить, что корневые позиции представлены большей частью индивидами из Передней Азии, то есть предковый вариант совершенно очевидно проник на территорию Кавказа именно отсюда. В целом по медианной сети можно судить о том, что эволюция гаплогруппы J1 в популяциях Передней Азии и Кавказа проходила сравнительно независимо. То есть можно предположить, что, проникнув на Кавказ достаточно давно, линии J обособлялись, сформировав обособленный генетический ландшафт. И хотя нельзя исключать более поздний двусторонний поток генов, основная доля линий J1 на Кавказе имеет верхнепалеолитическое происхождение.
Филогеография гаплогруппы T Происхождение сестринской по отношению к J гаплогруппы T также датируется в Передней Азии возрастом порядка 50 000 лет. Кроме того, как и для J1, наличие субклейда T1 в Европе объясняется неолитическими миграциями [Richards et al., 2000;
Coudray et al., 2009]. Стоит отметить, что субклейд T1 составляет невысокую долю всей T в популяциях Северного Кавказа, однако в Южной части региона практически все T относятся к данной ветви, в то время как основную долю составляет клейд T*. С другой стороны, максимальные частоты T были обнаружены на Северо-Восточном Кавказе у багуалинцев (18,18%) и чеченцев (17,61%).
Учитывая, что разнообразие линий мтДНК внутри гаплогруппы T* в данных популяциях относительно низкое, интересно отметить, что у чеченцев по данным Y хромосомы отмечается достаточно древний, но ярко выраженный эффект основателя по гаплогруппе J2a2*-M67, а багуалинцы демонстрируют дрейф в отношении гаплогруппы R1b1b2-M269. На Северо-Западном Кавказе в целом T* представлена с невысокой частотой, составляя в среднем 5,23%. Исходя из литературных данных, демонстрирующих самые высокие значение в мире по T1 и T* в Передней Азии, а также Южном Кавказе [Al-Zahery et al., 2003;
Quintana-Murci et al., 2004], и учитывая время коалесценции для T* (32000±15000) и T1 (27000±16000 лет) можно предположить, что T, вероятно, проникла на Кавказ с первой волной заселения еще в верхнем палеолите и по окончании Последнего ледникового максимума распространилась в популяциях Кавказа преимущественно из одного рефугиума, после чего ее частота в результате стохастических процессов достигла различной частоты в отдельных популяциях, либо в некоторых популяциях, претерпевших эффект дрейфа, ее частота существенно увеличилась (у багуалинцев и чеченцев).
Филогеография гаплогруппы W Относительно широко на Кавказе представлена гаплогруппа W. В большей степени на Кавказе эта гаплогруппа распространенена в популяциях западной части Северного Кавказа. В Дагестане W практически отсутствует в горных популяциях, однако у аварцев ее частота достигает 8,2%. Кроме того, с частотой 3,98% данный клейд был обнаружен у чеченцев. Так или иначе, на Северо-восточный Кавказ миграции носителей данного клейда были ограничены и затрагивали, в основном, западную часть региона. При этом достаточно высокая доля образцов (41.3% от всех образцов W) содержит только корневую для данной гаплогруппы мутацию в позиции 16292, а мутация в позиции 16223 теряется (контекст ГВС1 – 16292 и ее производные). За пределами Кавказа эта линия практически нигде не встречается.
Данный клейд наряду с паттернами распределения прочих гаплогрупп характеризует специфический для Кавказа генетический ландшафт.
Филогеография гаплогруппы X Отсутствие в литературе достаточного количества информации, касающейся гаплогруппы X, затрудняет понимание сценариев ее проникновения на Кавказ.
Однако можно предположить, что на Кавказ гаплогруппа X проникла с единой волной расселения ее носителей. Несколько популяций демонстрируют невысокую частоту этой гаплогруппы (чеченцы, ингуши, черкесы, карачаевцы), а у багуалинцев она отсутствует вовсе. Интерес представляют, в первую очередь, популяции андийцев и мегрелов, в которых частота данной гаплогруппы крайне высока (19,35% и 12,99% соответственно) по сравнению с изученными ранее популяциями мира [Reidla et al., 2003;
Quintana-Murci et al., 2004;
Achilli et al., 2007;
Abu-Amero et al., 2008]. Однако столь высокая частота обусловлена, эффектом дрейфа, что отразилось в крайне низкой степени разнообразия ГВСI. Только у 4-х мегрелов и одного андийца мотив ГВСI оказался отличен от 16189-16223-16278, определяющего корневую гаплогруппу X. Так или иначе, время коалесценции в 15000±4400 лет указывает на постледниковое распространение данной гаплогруппы в популяциях Кавказа.
Филогеография клейда N Основную долю клейда N1 составляет ветвь I, представляющую собой сестринскую по отношению N1e ветвь. Однако, в отличие от последней, гаплогруппа I достаточно широко распространена в Западной Евразии, в частности, в Передней Азии, хотя и преимущественно с невысокой частотой [Al-Zahery et al., 2003;
Quintana Murci et al., 2004;
Derenko et al., 2007b]. На Кавказе гаплогруппа I с максимальной частотой встречается в Дагестане у андийцев. В целом, учитывая высокую частоту гаплогрупп мтДНК X и T*, а также высокую частоту гаплогруппы I2a*-P37 Y хромосомы (24.49%) у андийцев, можно утверждать о существовании дрейфа генов в этой популяции. В остальном, распространение гаплогруппы I на Кавказе достаточно невелико и сопоставимо с таковым в Передней Азии [Al-Zahery et al., 2003;
Quintana Murci et al., 2004;
Abu-Amero et al., 2008]. Также необходимо отметить спорадическое распространение гаплогрупп N1b и N1d, встречающихся примерно с такой же частотой в популяциях Передней Азии, а также в некоторых популяциях Пакистана [Quintana-Murci et al., 2004].
Филогеография восточно-евразийских и африканских гаплогрупп Восточно-евразийский компонент в популяциях Кавказа, представленный гаплогруппами A, B, C, D, E, F, G, Y, Z, M7-M13, R9 и N9a, вполне ожидаемо с наибольшей частотой оказался представлен в популяциях ногайцев, хотя стоит отметить, что и ряд популяций, представляющих по данным прочих гаплогрупп автохтонный субстрат, также испытал восточно-евразийское влияние, связанное, по видимому, с влиянием кочевых племен на Северный Кавказ. Это предположение косвенно подтверждается тем, что на Южном Кавказе, в противоположность cеверной части региона, восточно-евразийские гаплогруппы практически отсутствуют. Только у абхазов в какой-то мере данный компонент сопоставим с таковым на Северном Кавказе.
Наиболее широко в популяциях Кавказа представлена гаплогруппа M, преимущественно за счет ветви D. Максимальная частота этой гаплогруппа была обнаружена у караногайцев (10%), что вполне ожидаемо, хотя и интересен тот факт, что у кубанских ногайцев частота D составляет всего 3,82%. Другие субклейды гаплогруппы M (ветви C, G и Z), равно как и субклейды гаплогруппы N (B, F, A, N9a и Y) представлены в популяциях Кавказа в меньшей степени. И хотя любопытно отметить наличие относительно высокой частоты гаплогруппы G у андийцев (6,45%), наличие у них только одного мотива ГВСI - 16223-16227-16278- свидетельствует о том, что восточно-евразийский компонент был привнесен в данную популяцию относительно недавно, а затем его частота увеличилась в результате стохастических процессов. По-видимому, дрейф также является причиной относительно высокой частоты гаплогруппы F у аварцев (4,92%). В целом, можно отметить спорадическое распространение восточно-евразийских гаплогрупп на Кавказе, связанное, очевидно, с влиянием кочевых племен, связанным, в первую очередь, с эпохой великого переселения народов. Важно отметить, что восточно евразийский компонент, будучи в наибольшей степени представленный в популяциях ногайцев, у других тюркоязычных народов (карачаевцев, балкарцев, кумыков) Кавказа представлен довольно слабо, что в свою очередь является дополнительным свидетельством в пользу лингвистического замещения как основной причины тюркоязычности данных народов.
Что касается африканской гаплогруппы M1, ее наличие с невысокой частотой в отдельных популяциях Кавказа (абазин, абхазов, адыгейцев, чеченцев, черкесов, ингушей, кабардинцев, карачаевцев, кумыков, кубанских ногайцев, северных и южных осетин) ограничено одним мотивом ГВС1 - 16129-16189-16223-16249-16311 16359. Вероятно, что появление линии М1 на Кавказе, связано с активной работорговлей во времена греческой колонизации. Начиная с VI в. до н.э. отмечено возникновение тесных экономических, политических и культурных связей с греческими городами-колониями синдо-меотских племен – древних предков адыгейцев, кабардинцев и черкесов [Пиотровский, 1988].
Генетические взаимоотношения между популяциями Кавказа и популяциями соседних регионов по данным о полиморфизме мтДНК Для оценки генетических взаимоотношений между популяциями нами использован метод главных компонент. Для сравнения с популяциями Кавказа использованы данные по частотам гаплогрупп в популяциях соседних регионов – Передней Азии и Восточной Европы. Две первые компоненты описывают 31,7% вариабельности мтДНК (рис. 3).
При сравнении популяций Кавказа с популяциями, представляющими соседние регионы, наблюдается достаточно серьезное смещение в единый кластер в виду высокой частоты гаплогруппы H в популяциях Западной Евразии. Только те популяции, паттерн распределения гаплогрупп мтДНК которых достаточно уникален и не зависит от высокой частоты гаплогруппы H, дискриминированы от данного крупного кластера. К ним относятся популяции Передней Азии, формирующие, по мере увеличения частоты гаплогруппы H градиент, а также караногайцы и башкиры, имеющие относительно высокую частоту восточноевразийских гаплогрупп.
чамалинцы багуалинцы палестинцы Крит египтяне PC2 (13.2%) греки сирийцы армяне иорданцы ю.славяне русские чеченцы иракцы ливанцы турки белорусы ингуши ю.осетины иранцы аварцы марийцы курды татары табасараны Катар абазины абхазы кабардинцы черкесы ОАЭ коми чуваши чамалинцы кубанские ногайцы багуалинцы Крит ЯЗЫКОВЫЕ ГРУППЫ греки Нахско-дагестанские юж. славяне Абхазо-адыгские адыги русские чеченцы балкарцы украинцы Тюркские даргинцы лезгины белорусы турки ингуши Индо-европейские карачаевцы кумыки аварцы андийцы мегрелы Картвельская сев. осетины татары марийцы табассараны Афро-азиатская абазины Финно-угорская кабардинцы абхазы коми черкесы башкиры чуваши кубан ногайцы караногайцы PC1 (18.5%) PC1 (18.5%) Рисунок 3. Положение популяций Кавказа и популяций соседних регионов в пространстве двух первых главных компонент по данным о полиморфизме мтДНК.
Популяции Передней Азии хорошо отделяются от других популяций на графике в силу высокой частоты гаплогруппы L, частота которой существенно снижается с юга на север и составляют крайне незначительную часть пула мтДНК популяций Кавказа.
Полиморфизм Y-хромосомы в популяциях Кавказа В результате анализа 61 диаллельного маркера Y-хромосомы в популяциях Кавказа было выявлено 37 гаплогрупп (C, C3c, D, E, E3b1, E3b3, F*, G1, G2, H, I1, I2*, I2a, I2b, J1*, J1e*, J2a*, J2a2*, J2a2a, J2b, K*, T, L1, L2, L3, N*, N1b, N1c, O, Q, R*, R1a*, R1a1, R1a1f, R1b1b1, R1b1b2, R2).
В целом три основные гаплогруппы G, J и R1, представленные в популяциях Кавказа субклейдами G2, J1*, J2a*, J2a2*, R1a1 и R1b1b2, покрывают 86.4% генетической вариабельности кавказских популяций и только 13.6% генетического разнообразия приходится на оставшиеся гаплогруппы: I, L, C, E, Q, N, K, O, R2, D, R* и H. Для различных регионов Кавказа характерен свой паттерн распределения гаплогрупп. Для Северо-Восточного Кавказа характерны высокие частоты гаплогруппы J1 (в среднем 35,9%) и низкие G (в среднем около 5%) при низкой встречаемости гаплогруппы J2. 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 J1 практически не встречается (1,9%), а у чеченцев она достигает 24%. При этом в обеих этих популяциях отмечаются низкие частоты гаплогруппы G (4,8 и 1,2% соответственно).
Западный Кавказ, куда можно отнести Южный и Северо-Западные регионы, наоборот, демонстрирует высокие частоты J2 и G, а для J1 зафиксированы низкие частоты (в среднем, не более 5%), что отмечается во всех популяциях. Однако наличие гаплогрупп G-12f2, J-12f2 и R1b1b2-M269 свидетельствует о преимущественно переднеазиатском происхождении генетического пула Кавказа.
Кроме того, переднеазиатское влияние прослеживается в наличии других, минорных гаплогрупп (L, E, K, R2, R* и H) в то время как европейский компонент выражен в меньшей степени и представлен гаплогруппами I-M170 и R1a1a7-M458, что отражает незначительный, но отчетливый поток генов из Европы.
Филогеография гаплогруппы J Гаплогруппа J возникла в Передней Азии, где отмечается ее самая высокая частота и разнообразие линий, с градиентным снижением частоты этой гаплогруппы из Передней Азии в направлении Средиземноморья, Северной Африки, Кавказа, Ирана, Центральной Азии и Индии. Существует гипотеза, согласно которой распространение гаплогруппы J из Передней Азии связано с ростом численности народонаселения этой территории в результате развития земледелия [Semino et al., 2000a;
Semino et al., 2004]. Два ее субклейда J1 и J2 свидетельствуют о совершенно разных генетических и миграционных событиях [Semino et al., 2004].
География распространения субклейда J1-M267, по-видимому, связана с древними племенами восточной части Передней Азии. Возник он чуть позже, предположительно в области Ирака и Ирана, после чего распространился преимущественно в широтном направлении из места своего вероятного возникновения (рис. 4). На Кавказе данный субклейд представлен преимущественно в восточной части региона, причем маркер P58 разделяющий гаплогруппу J1-M267 на два субклейда: J1* (хР58) и J1e-P58*, оказался практически не представлен в популяциях Кавказа. Следует заметить, что J1e*-P58 был обнаружен с достаточно высокой частотой в Передней Азии.
Гаплогруппа J1*-M172 имеет наибольшее время коалесценции 22800±6000 в популяциях Передней Азии. Также эта территория, по всей видимости, является тем регионом, где впервые возникла мутация P58, поскольку разнообразие линий и время коалесценции J1e*-P58 субклейда является наиболее высоким именно на территории Передней Азии (12000±2600 лет). Субклейд J1e*-P58 проник на территорию Кавказа существенно позже, о чем свидетельствуют показатели времени коалесценции для популяций Кавказа (5600±1400 лет), а также более низкие показатели разнообразия линий STR внутри этого субклейда и относительно низкая частота этой гаплогруппы в популяциях Кавказа (рис. 4).
Рисунок 4. География распространения гаплогруппы J1-M267 (A), J1-P58 (B), J1 (xP58) (C) в популяциях Евразии и Северной Африки.
Субклейды J2a*-M410 и J2a2*-M67 гаплогруппы J2-M172 распространены на всей территории Кавказа с относительно низкой частотой в северо-восточной части за исключением чеченцев и ингушей, которые имеют высокие частоты гаплогруппы J2a2* M67 (рис. 5). С другой стороны, субклейд J2a2a*-M92 и J2b*-M12, последний из которых распространен от Южной Европы до Индии [Semino et al., 2004;
Sengupta et al., 2006], практически отсутствуют на Кавказе. В контексте Европы, распространение J2a* M410 линии согласуется со сценарием миграции через левантийский/анатолийский коридор в юго-восточную Европу, в то время как относительно J2b*-M12 было высказано предположение о том, что данная гаплогруппа отражает последующее распространение (миграцию) населения с территории Балкан на запад [Semino et al., 2004]. Однако все линии J2-M172 распространились с ее прародины – Передней Азии, как в западном, так и в восточном направлениях и, за исключением J2a2a*-M92 и J2b* M12, также в северном направлении на территорию Кавказа. Тем не менее, следы экспансии этих двух гаплогрупп нашли отражение в становлении современного генетического пула Кавказа. Субклейд J2a2a*-M92 с небольшой частотой (в среднем 2.6%) встречается на Южном Кавказе. Весьма вероятно, что незначительное продвижение данной гаплогруппы связано с миграцией ее носителей по восточному побережью Черного Моря, что косвенно подтверждается отсутствием J2a2a*-M92 на Северо-Восточном Кавказе. В отличие от данного субклейда, распространение субклейда J2b*-M12, вероятно, не было привязано к восточному Причерноморью, так как он был обнаружен также у аварцев (4.8%) и кумыков (2.7%). Но и интенсивность данного распространения была существенно меньше – на Южном и Северо-Западном Кавказе J2b*-M12 встречается в единичных случаях.
Рисунок 5. География распространения гаплогруппы J2-M172 (A), J2a*-M410(xM67) (B), J2a2*-M67(xM92) (C) в популяциях Евразии и Северной Африки.
Наличие у чеченцев (46.7%) и, в особенности, у ингушей (81.9%) высокой частоты гаплогруппы J2a2*-M67, вероятно, повлиял на полученные нами оценки времени коалесценции линий данного клейда, которые составили 12000 - 14000 лет.
Гаплогруппа J2a2*-M67, таким образом, демонстрирует очевидный, но довольно древний эффект основателя в популяциях Кавказа, который может быть связан с хвалынской трансгрессией – соединением между Черным и Каспийским морями, которое датируется примерно этим же временем [Badyukova, 2007;
Svitoch, 2008] и которое могло служить естественным барьером для дальнейшей экспансии в северном направлении в течение какого-то времени. В целом полученные данные по гаплогруппе J2 свидетельствуют о довольно древних демографических и миграционных событиях на территории Передней Азии и Кавказа, тесно связанных с ее распространением.
Филогеография гаплогруппы G Гаплогруппа G-M201 делится на две крупных ветви: G2-P287 и G1-M285. В популяциях осетин, мегрелов, адыгейцев, черкесов и кабардинцев гаплогруппа G M201 составляют практически половину всего Y-хромосомного пула. На рис. представлена карта распределения мутации M201 в популяциях западной Евразии.
Рисунок 6. География распространения гаплогруппы G Y-хромосомы в популяциях Евразии и Северной Африки.
Из рис. 6 видно, что наиболее успешным маршрутом расселения оказалось западное направление, где наблюдается наивысшая за пределами Кавказа частота гаплогруппы G-M201. Однако в западном направлении основную долю гаплогруппы G-M201 составляет всего одна ветвь G2-P287 [Hammer et al., 2001;
Cinnioglu et al., 2004;
Karafet et al., 2008]. У турков и армян из числа остальных ветвей с незначительной частотой встречается гаплогруппа G1-M285. Обращает на себя внимание необычно высокая частота гаплогруппы G1-M285 у армян (10,5%), в то время как в Турции ее частота не превышает одного процента, а на всем остальном Кавказе она представлена в единичных случаях у адыгейцев, кабардинцев и чеченцев, хотя мотивы STR локусов говорят о близости хромосом G1-M285 в Турции и на Южном Кавказе.
Гаплогруппа G2-P287 гораздо шире распространена на Кавказе и является существенно более информативной. Кавказ характеризуется наибольшими частотами G2a-P15 в популяциях западной части региона. У абхазов также довольно высока частота данной гаплогруппы (19,7%), а в целом у абхазо-адыгов частота G2a-P ниже, чем в западной части Северного Кавказа. При этом при рассмотрении данных по гаплогруппе G2*-P287(xG2a) наблюдается прямо противоположная картина.
Данная гаплогруппа встречается гораздо реже в тех популяциях, где преобладает гаплогруппа G2a-P15 – 15,4% у мегрелов, 11,9% у балкарцев, 8,7% у карачаевцев, всего лишь 6% у северных осетин. И наоборот, G2*-P287(xG2a) составляет 27,8% у абхазов, 30,7% у абазин, 32,9% и с наибольшей частотой – у адыгейцев и кабардинцев (42,9% и 38,1% соответственно). Таким образом, абхазо-адыги демонстрируют более высокие частоты гаплогруппы G2*-P287(xG2a), а прочие народы западной части региона, - G2a-P15.
Что касается распространения в северо-восточной части Кавказе клейда G2* P287(xG2a), в данном регионе он практически не был обнаружен. Фактически данный клейд в этой части Кавказа оказался представлен только в единичном случае у чеченцев, а также со средней частотой в Дагестане – у кумыков (9,6%) и высокой - у чамалинцев (18,5%). Если предположить, что большая часть неопределенной ветви G2*-P287(xG2a) с увеличением филогенетического разрешения окажется представителем одного или нескольких близкородственных клейдов, объединенных как минимум одной мутацией, то появятся основания для предположения о заселении Кавказа единой волной переселенцев. Распространение ветвей G2a-P287 и G2* P287(xG2a) в западной части региона в дальнейшем было преимущественно равномерным, а северо-восточная часть Кавказа, по-видимому, обособилась достаточно рано. При этом весьма вероятно, что связь северо-востока Кавказа с западной частью была достаточно слаба, в виду чего и сложилась наблюдаемая филогеографическая дихотомия данного региона. Далее у абхазо-адыгов G2* P287(xG2a) распространилась в большей степени в виду предположительной культурной изоляции, препятствовавшей распространению данной гаплогруппы на север и на восток [Khar'kov et al., 2005;
Balanovsky et al., 2008]. Так или иначе, только выявление дополнительных маркеров внутри клейда G2*-P287(xG2a) может подтвердить или опровергнуть эти выводы.
Филогеография гаплогруппы R Из двух производных ветвей кластера R, клейд R1 является наиболее дифференцированным и одновременно самым распространенным на Кавказе, в то время как характерная для Южной Азии индийская R2 практически не была обнаружена, свидетельствуя об ограниченном потоке генов из данного региона. При этом разные клейды демонстрируют различную степень встречаемости на западе и на востоке Кавказа. Для Северо-Западного и Южного Кавказа характерно наличие гаплогруппы R1a1-SRY10831.2, причем субклейд R1a1a7-M458 составляет лишь небольшую долю всей R1a1-SRY10831.2 в регионе. То есть, утверждать о существовании заметного потока генов из Европы на Кавказ на основании наличия достаточно высокой частоты данной гаплогруппы в популяциях Кавказа, в настоящее время не представляется возможным в силу низкого филогенетического разрешения и отсутствия маркеров внутри этой гаплогруппы так как неизвестно, к каким именно линиям близки клейды, представленные на Кавказе.
Что касается R1b1b2-M269, последние данные, основанные на детальном изучении ее распространения в популяциях мира, а также разнообразия STR-локусов, говорят о быстрой экспансии в Западную Европу из Передней Азии через Анатолию в неолите [Balaresque et al., 2010]. Это позволяет более адекватно оценить присутствие R1b1b2-M269 в Дагестане. Вероятно, в популяции Кавказа этот клейд проник из Передней Азии в результате той же неолитической экспансии, что косвенно подтверждается наличием данной гаплогруппы в Анатолии и около 10% в Иране и Ираке [Cinnioglu et al., 2004;
Regueiro et al., 2006;
Abu-Amero et al., 2007]. Нельзя исключать также незначительное включение данной гаплогруппы со стороны восточноевропейских популяций, хотя проверить это утверждение сложно, не обладая данными по STR-гаплотипам в европейских популяциях. Таким образом, можно сказать, что R1b1b2-M269 демонстрирует единый пласт, объединяющий популяции Передней Азии, Кавказа и Балкан. Интересно, что отличающиеся высокой частотой данной гаплогруппы табасараны, лезгины и кумыки относятся к различным антропологическим группам.
Филогеография гаплогруппы I Гаплогруппа I-M170 является гаплогруппой с типичным европейским происхождением и за пределами этого региона практически не встречается [Rootsi S.
et al., 2004]. Распространение трех субклейдов данной гаплогруппы (I1*-M253, I2b M223, I2a-P37) шло из трех европейских рефугиумов (Франко-Кантабрийского, балканского и стоянки на юге современной Украины). В связи с этим, зная европейское распространение трех гаплогрупп с характерной географией, можно предполагать степень распространенности каждой из них. При этом наиболее логично ожидать, что северо-запад Кавказа окажется в большей степени подвержен влиянию европейского генетического пула, нежели Южный или, в особенности, северо восточный Кавказ. В целом, полученная картина согласуется с теоретическим предположением. В наименьшей степени данное влияние выражено гаплогруппами I1*-M253 и I2b-M223, имеющими, происхождение на северо-западе Европы. В то же самое время распространенная на Балканах и в Восточной Европе гаплогруппа I2a P37 оказалась представлена в большей степени, однако ее частота достаточно низка для того, чтобы предполагать значительный поток генов из Европы, причем сходные частоты по гаплогруппе R1a1a7-M458 свидетельствуют о том, что миграция с территории Европы была в целом довольно ограниченной.
Филогеография гаплогруппы E Распространение гаплогруппы E1b1b1-M35 связано преимущественно с Передней Азией и южными регионами Европы как результат нескольких независимых миграционных событий из различных областей Африки. На Кавказе из всех линий гаплогруппы E-SRY4064 были обнаружены только E1b1b1a-M78 и E1b1b1c-M123. Клейд E1b1b1a-M78 более распространен в изученном регионе, причем встречается он спорадически, не давая оснований для предположения какого либо сценария проникновения на Кавказ. Известно, что E1b1b1a-M78 скорее всего возникла на северо-восстоке Африки, откуда и шло ее распространение. Однако на Кавказ она проникла наиболее вероятно из Передней Азии, где ее частота достигает 5,8% [Cruciani et al., 2004], причем ее носители, по-видимому, имели относительно небольшой репродуктивный успех, что отразилось, в частности, в том, что только Южный Кавказ, непосредственно контактирующий с Передней Азией, имеет относительно высокую частоту данной гаплогруппы.
Переднеазиатское происхождение имеет и второй клейд E-SRY4064, а именно E1b1b1c-M123. Будучи менее распространенным и менее изученным, невысокие частоты его на Кавказе оставляют еще меньше места для трактовки, хотя известно, что носители мутации M123 имели несколько отличную историю расселения с африканского континента по сравнению с E1b1b1a-M78, что говорит об отдельной судьбе этого клейда [Cadenas et al., 2008]. Это не говорит о том, каким образом путь миграции способствовал расселению носителей данной гаплогруппы. Известно, что в Анатолии частота E3b1b1-M35 составляет 10,7% и представлена почти целиком субклейдами E1b1b1а-M78 и E1b1b1c-M123 [Cinnioglu et al., 2004]. Вероятно, именно с Анатолией связано проникновение в том числе E1b1b1c-M123 на Кавказ, что отразилось в частности, в самой высокой частоте данного клейда у армян (5,26%).
Филогеография гаплогруппы L Отдельные субклейды данной гаплогруппы (L1-M76, L2-M317, L3-M357) демонстрируют на Кавказе различную степень встречаемости. Стоит отметить, что клейды L1-M76 и L3-M357 в изученном регионе практически отсутствуют. Так, L1 M76 была обнаружена в единичном случае в популяции адыгейцев. Что касается L3 M357, на северо-западном и Южном Кавказе она также оказалась представлена в единичном случае у кабардинцев. В то же время у чеченцев и ингушей ее частота довольно высока и составляет 15,76 и 8,57% соответственно. Оба этих клейда характерны для Южной Азии. Напротив, гаплогруппа L-M357 оказалась характерной для Пакистана при том, что в Индии она практически не была обнаружена [Sengupta et al., 2006]. Любопытно, таким образом, отметить, что эта гаплогруппа присутствует на Кавказе практически только у вайнахов – чеченцев и ингушей, в то время как в Дагестане, а также на Северо-Западном и Южном Кавказе она отсутствует. Даже если предположить, что столь высокая частота ее у чеченцев и ингушей обусловлена привнесением пакистанского компонента, связанным с прикаспийским путем распространения на Кавказ, отсутствие данного клейда в Дагестане весьма запутывает попытки объяснения данного факта.
Основную долю всей L-M20 на Кавказе составляет L2-M317. Ранее уже было показано, что данный компонент как минимум на Южном Кавказе имеет генетическую связь с Анатолией [Cinnioglu et al., 2004]. В отношении гаплогруппы L M20 восток и северо-восток Турции качественно отличается от Пакистана и Индии, причем уже была показана связь популяций Турции с популяциями армян [Cinnioglu et al., 2004]. К сожалению, для более адекватного сравнения изученных нами популяций необходимо использовать тот же уровень филогеографического разрешения, однако учитывая данные по другим гаплогруппам, свидетельствующим о существенном влиянии переднеазиатских популяций на генетический пул Кавказа, можно предположить, что, по крайней мере, в отношении северо-западного и Южного Кавказа можно предполагать анатолийское происхождение L-M20.
Филогеография восточноевразийских гаплогрупп В целом восточноевразийский компонент представлен в популяциях Кавказа относительно слабо, причем его большая доля складывается за счет имеющих центральноазиатское происхождение популяций ногайцев. Из относящихся к восточноевразийскому компоненту гаплогрупп нами были обнаружены клейды C M130, D-M174, N-M231, O-M175, Q-M242, также R1b1b1-M73. Вполне ожидаемо они оказались распространены на Кавказе неравномерно. Так, присутствие гаплогруппы D-M174 оказалось ограниченным только популяцией ногайцев (кубанских и караногайцев), причем караногайцы имеют большую частоту (5,26%) по сравнению с кубанскими ногайцами (1,15%). Примерно такое же ограничение популяциями ногайцев наблюдаются по гаплогруппам O-M175, N*-M231, а также N1b-P43. Однако в виду того, что N*-M231 и N1b-P43 достаточно слабо представлены вне Восточной Евразии, больший интерес представляет клейд N1c-TAT, который был обнаружен не только у ногайцев, но и с невысокой степенью встречаемости на Северо-Западном и Южном Кавказе, а также в единичном случае у чеченцев. Более вероятно, что на Кавказ N1c-TAT также проникла из Центральной Азии, где она встречается с невысокими частотами у монголов, узбеков и казахов [Karafet et al., 2002;
Rootsi et al., 2007]. Несмотря на то, что центральноазиатское происхождение восточноевразийского компонента наиболее вероятно, имеет смысл обратить внимание на гаплогруппу R1b1b1-M73, которая, как уже было отмечено выше, встречается с высокой частотой в различных этнических группах тюркоязычных башкир [Лобов, 2009]. Ногайцы, в свою очередь, также привнесли C-M130 при их переселении на Кавказ. Таким образом, несмотря на то, что Центральная Азия, вероятнее всего, является источником восточноевразийского компонента на Кавказе, разные гаплогруппы проникали в данный регион с различными носителями в разное время.
Генетические взаимоотношения между популяциями Кавказа и популяциями соседних регионов по данным о полиморфизме Y хромосомы Для оценки генетических взаимоотношений между популяциями Кавказа по данным Y-хромосомы был проведен анализ главных компонент (рис. 7).
Дискриминация популяций Кавказа по оси Х обусловлена, преимущественно, распределением специфичных для Кавказа гаплогрупп. Все северо-восточные популяции Кавказа (представленные Дагестаном) кластеризовались вместе благодаря сходному распределению частот гаплогрупп в этих популяциях, которое характеризуется высокими частотами гаплогрупп J1*-M267 и R1b1b2-M269. Однако здесь следует отметить, что частоты гаплогрупп в этих популяциях варьируют в довольно широких пределах, в ряде случаев демонстрируя дрейф генов в изолированных популяциях. Следствием этого является значительный разброс этих популяций и относительно большой размер этого кластера на графике. С другой стороны популяции западной части Северного Кавказа и популяции Южного Кавказа формируют свой отдельный кластер, характеризующийся высокой частотой гаплогруппы G2-P287 и относительно высокими частотами гаплогрупп R1a1a-M198, J2a*-M410, и J2a2*-M67. Обособленное положение армян в пространстве двух главных компонент связано с наличием в их генофонде гаплогруппы G1-M (10,53%). Караногайцы благодаря значительным отличиям в распределении частот гаплогрупп Y-хромосомы от прочих кавказских популяций и относительно высокой частоте восточно-евразийских гаплогрупп не входят ни в один из вышеупомянутых кластеров. Чеченцы и ингуши, несмотря на то, что они географически локализованы в северо-восточной части Кавказа также не входят ни в один из кластеров в силу особенностей распределения частот гаплогрупп в этих популяциях.
ЯЗЫКОВЫЕ ГРУППЫ ингуши Нахско-дагестанские Абхазо-адыгские чеченцы PC2 (18.1%) Тюркские Индо-европейские Картвельская армяне сев.осетины аварцы даргинцы абхазы андийцы мегрелы чамалинцы черкесы ю.осетины лезгины кумыки кабардинцы балкарцы адыги табассараны карачаевцы кубанские ногайцы багуалинцы абазины караногайцы PC1 (27.1%) Рисунок 7. Положение популяций Кавказа в пространстве двух первых главных компонент по данным о распределении частот гаплогрупп Y-хромосомы.
При сравнении методом главных компонент популяций Кавказа вкупе с популяциями соседних регионов можно видеть, что Кавказ разделяется на два отдельных кластера, один представляющий северо-западный и Южный Кавказ, а другой – северо-восточный (рис. 8).
В целом, ось второй главной компоненты разделяет популяции благодаря различнм паттернам распределения гаплогрупп G-M201, J-12f2 и E1b1b1-M35.
Кластер, представляющий северо-восточный Кавказ и Переднюю Азию, выделяется вместе с популяциями Передней Азии благодаря высокой частоте J1-M267. Несмотря на то, что популяции в данном кластере собраны вместе, необходимо учитывать разделение популяций Кавказа и Передней Азии, дискриминировать которые не позволяет отсутствие в опубликованной литературе данных по гаплогруппе J1e*-P в этих популяциях. Что касается популяций Северо-Западного и Южного Кавказа, они выделяются от прочих популяциях мира благодаря высокой частоте гаплогрупп G-M201 и J2-M172. Также, наряду с гаплогруппами N-TAT и J1-M267 гаплогруппа R1a1a-M198 разделяет вдоль оси первой главной компоненты популяции Кавказа и Передней Азии с одной стороны и популяции Восточно-европейской равнины.
с.осетины ЛИНГВИСТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ популяции Кавказа Нахско-дагестанские мегрелы другие популяции абхазы Абхазо-адыгские ю.осетины адыги черкесы Тюркские кабардинцы ингуши абазины PC2 (19.7%) Индо-европейские балкарцы карачаевцы Афро-азиатские армяне Финно-угорские чеченцы Крит турки Картвельская кумыки греки Ливан куб.ногайцы иранцы Египт Пакистан Ирак курды андийцы Сирия Иордания чамалинцы украинцы ОАЭ ю.славяне палестинцы ю.русские Оман лезгины караногайцы белорусы Катар багуалинцы татары аварцы Йемен табасараны марийцы чуваши башкиры даргинцы коми PC1 (26.7%) Рисунок 8. Положение популяций Кавказа, Передней Азии и Восточной Европы в пространстве двух первых главных компонент по данным о распределении частот гаплогрупп Y-хромосомы.
Полиморфизм Alu инсерций в популяциях Кавказа Проведен анализ 13-ти Alu-инсерций в 23-х популяциях Кавказа. Все локусы оказались полиморфными за исключением локуса ApoA1 у армян, оказавшегося фиксированным по инсерции и близким к фиксации у южных осетин. Однако в виду того, что частота встречаемости данной инсерции 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 встречаемости с запада на восток [Watkins et al., 2001;
Watkins et al., 2003]. Любопытно также отметить, что частота по локусу PV92 существенна у караногайцев, кубанских ногайцев и, что интересно, у ингушей и южных осетин, по сравнению с прочими кавказскими популяциями.
Величина коэффициента генетической дифференциации Gst на Кавказе 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 популяции Кавказа, Западной, Центральной и Северной Европы и Волго-Уральского региона (приведенные в таблице как вся Европа) показатель Gst составляет 3.7%, что является относительно невысоким показателем по сравнению с рядом азиатских регионов, особенно учитывая довольно большую площадь и разнородность народов, населяющих территорию этих регионов.
Помимо популяционно-генетического анализа внутри собственно кавказского региона, нами также было проведено сопоставление изученных популяций с популяциями мира, для чего был использован анализ методом главных компонент (рис. 9). Для анализа нами были использованы только 11 инсерций (кроме Yb8NBC480 и Yb8NBC485) в силу отсутствия всех необходимых данных в литературе.
удмурты чамалинцы поляки уйгуры татары французы коми финны сев. европейцы армяне черкесы табасараны башкиры куб. ногайцы абхазы адыгейцы PC2 (16,2%) багуалинцы мегрелы карачаевцы аварцы чеченцы кумыки балкарцы абазины даргинцы караногайцы кабардинцы казахи ингуши лезгины сев. осетины андийцы узбеки юж. осетины PC1 (37,1%) Рисунок 9. Положение 34 популяций мира в пространстве двух главных компонент по данным частот 11 Alu-инсерций. Красным показаны популяции Кавказа, синим – Восточной Европы, зеленым – Центральной Азии.
Первые две компоненты объясняют 53.3% генетической варибельности. На рис.