Размещено на http://www.allbest.ru/

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ МЕДИЦИНСКИХ НАУК

МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РАМН

На правах рукописи

УДК 577.17

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Полиморфизм Y хромосомы у тюркоязычного населения Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира в контексте взаимодействия генофондов Западной и Восточной Евразии

03.02.07 - генетика

Балаганская Ольга Алексеевна

Москва - 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии медицинских наук Медико-генетическом научном центре РАМН

Научный руководитель кандидат биологических наук, Балановский Олег Павлович

Официальные оппоненты

доктор биологических наук, профессор, Спицын Виктор Алексеевич

доктор биологических наук Мовсесян Алла Арменовна

Ведущая организация Учреждение Российской Академии наук Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН

Защита состоится «14» июня 2011 г. на заседании Диссертационного ученого совета Д 001.016.01 при Учреждении Российской академии медицинских наук Медико-генетическом научном центре РАМН (115478, Москва, ул. Москворечье,1)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии медицинских наук Медико-генетического научного центра РАМН по адресу: 115478, Москва, ул. Москворечье, д.1.

Автореферат разослан 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 001.016.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций, доктор медицинских наук, профессор Зинченко Р.А.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Классические исследования антропологии, археологии, лингвистики и этнографии, внесшие важнейший вклад в изучение истории и разнообразия народов мира, в ХХ веке пополнились новым историческим источником - популяционно-генетическими исследованиями. В результате изучения классических маркеров (иммунологических и биохимических) (Mourant et al., 1954; Рычков, 1969, 1978; Cavalli-Sforza, Bodmer et al., 1971; Шереметьева, Рычков, 1978; Рычков, Ящук, 1980, 1982; Сукерник и др, 1985; Спицын, 1985; Пузырев, 1991; Генофонд и геногеография народонаселения, 2002) были разработаны основные концепции, подходы и методы популяционно-генетического исследования народонаселения (Cavalli-Sforza, Bodmer, 1971; Nei, 1975; Балановская, 1980, 1985; Cavalli-Sforza et al., 1994; Алтухов, 1996, 2004; Zhivotovsky, 2004). При переходе к анализу ДНК маркеров с однородительским типом наследования (Y хромосомы и митохондриальной ДНК) появилась возможность реконструировать основные пути расселения человечества. На первых этапах эти исследования носили глобальный характер, однако в настоящее время все большую значимость приобретают исследования региональных и этнических генофондов (Angius et al., 2001; Golubenko et al., 2001; Деренко et al., 2002; Степанов, 2002; Kivisild et al., 2003; Behar et al., 2004; Cinnioglu et al., 2004; Rosa et al., 2007; Харьков и др, 2007; Balanovsky et al., 2008).

Наиболее информативными для изучения структуры и истории генофонда в настоящее время признаны маркеры NRY - нерекомбинирующей части Y хромосомы. Высокая информативность маркеров NRY обусловлена большим числом полиморфных сайтов, отсутствием рекомбинации между ними и чрезвычайно высокими межпопуляционными различиями. Наиболее актуальными являются комплексные популяционные исследования, использующие и редко мутирующие диаллельные маркеры (SNP - Single Nucleotide Polymorphism) для определения гаплогрупп, и высоко вариабельные маркеры (STR - Short Tandem Repeats) для определения гаплотипов.

При решении вопросов этногенеза населения Северной, Восточной и Центральной Азии одним из ключевых регионов является пограничная область, их разделяющая, - горные системы Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира. Эта территория на протяжении тысячелетий являлась ареной взаимодействия различных племен и народов двух крупнейших рас - европеоидной и монголоидной. Такие области интенсивных межэтнических контактов являются важным объектом популяционных исследований, поскольку горные системы служат не только барьерами на пути мощных миграционных потоков, но и рефугиумами, сохраняющими следы генофондов разных эпох.

К настоящему времени получено общее представление о полиморфизме Y хромосомы в сибирских и среднеазиатских популяциях (Wells et al., 2001; Степанов, 2002; Karafet et al., 2002; Zerjal et al., 2003; Derenko et al., 2006, 2007; Харьков и др, 2007; Rootsi et al., 2007; Biro et al., 2009; Underhill et al., 2010), накоплен значительный фактический материал о разнообразии гаплогрупп и гаплотипов, выявлены значительные различия между генофондами Алтае-Саянского и Байкальского регионов, определена вероятность вклада монгольских племен эпохи Чингисхана в генофонд тюркских народов, показана эффективность применения Y хромосомы как для выявления древних этногенетических связей, так и для прослеживания более поздних миграционных потоков. Однако обобщающие работы по полиморфизму Y хромосомы у тюрков Сибири и Центральной Азии отсутствуют, поскольку разные народы изучены по разным наборам маркеров Y хромосомы. Остаются неисследованными и генофонды многих малых этнических и субэтнических популяций в составе алтайцев, шорцев, хакасов, казахов, киргизов, вследствие чего многие проблемы их этногенеза и формирования генофонда этой части Евразии еще далеки от ясности. Несопоставимость панелей и малый набор изученных маркеров, а также малые выборки не позволили дать полноценную характеристику народов Южной Сибири и Средней Азии, а отсутствие единой базы данных по Y хромосоме не позволяет различать многочисленные миграции. Частичному заполнению этих пробелов посвящена данная работа.

Цель исследования.

Изучить структуру генофонда тюркоязычных народов Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира по единой панели SNP и STR маркеров Y хромосомы и выявить основные этногенетические связи с регионами западной и восточной Евразии.

Задачи исследования.

1. Дать по единой обширной панели - 40 SNP и 17 STR маркеров Y хромосомы - комплексную характеристику генофондов тюркоязычных народов Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира по репрезентативной выборки - 1100 представителей 13 популяций (кумандинцы, челканцы, тубалары, алтай-кижи, теленгиты, шорцы горные и абаканские, качинцы, сагайцы, другие хакасские группы, казахи предгорий Алтая, киргизы Тянь-Шаня и Памира), проживающих на территории России, Казахстана, Киргизии и Таджикистана.

2. Охарактеризовать генофонды изучаемых популяций на различных иерархических уровнях популяционной системы, оценить соотношение межэтнической и внутри-этнической дифференциации генофондов по маркерам Y хромосомы. Выявить степень генетического своеобразия генофондов малых народностей Южной Сибири, обычно рассматриваемых на современном этапе в качестве не этносов, а лишь субэтнических групп.

3. Оценить степень филогенетического родства тюркоязычных популяций Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира по данным не менее 500 STR гаплотипов Y хромосомы, выявить основные кластеры STR гаплотипов, определить время их появления в Южной Сибири и Средней Азии и источники миграций.

4. Провести сравнительный анализ генофондов тюркоязычных популяций Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира с генофондами окружающих регионов западной и восточной Евразии методами многомерной статистики.

5. Создать картографический атлас распространения гаплогрупп Y хромосомы в Евразии, на основе которого выявить географические тренды в изменчивости генофондов тюркоязычного населения Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира в контексте генетических особенностей западной и восточной Евразии.

Научная новизна.

Впервые по единой обширной панели SNP и STR маркеров Y хромосомы исследованы 1100 представителей тринадцати тюркоязычных этнотерриториальных популяций не только на территории России, но и трех других государств: Казахстана, Киргизии и Таджикистана.

Получены оценки уровня генетического разнообразия (гетерогенности) на разных уровнях иерархической организации тюркоязычных популяций Южной Сибири и Средней Азии. Впервые выявлены высокие межпопуляционные различия между малыми народностями Южной Сибири.

На основе сравнительного анализа гаплогрупп Y хромосомы методами многомерной статистики и картографического анализа выявлено положение генофондов коренных народов Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира среди региональных генофондов западной и восточной Евразии. Впервые показано двоякое влияние изучаемых горных систем на структуру генофонда: не только в роли «барьера» для интенсивного потока генов, но и в роли «рефугиума», то есть консервативной «реликтовой» роли, сохраняющей следы древнейшего населения на протяжении многих эпох.

Благодаря анализу большого массива данных на основе единой широкой панели STR маркеров впервые обнаружен ряд кластеров гаплотипов, специфичных для отдельных народов и для родственных этносов. Генетические датировки этих кластеров позволили уточнить узловые моменты в этногенезе ряда народов изучаемого региона.

Научно-практическая значимость. Созданные ДНК коллекции, которые сопровождаются подробной информацией о родословной индивида, его этнической и географической идентификации, закладывают основу для крупномасштабных исследований на базе других генетических систем, включая полногеномный анализ.

База данных по распределению панели 17 STR маркеров Y хромосомы (набор Y-filer), используемых в судебной экспертизе, может применяться в судебно-медицинской экспертизе в качестве референтной базы при идентификации личности и определении районов возможного происхождения искомых гаплотипов Y хромосомы.

Выявление для ряда народов мощного эффекта основателя является прогнозом повышенной частоты наследственных болезней, вызванной накоплением мутантных аллелей основателя, и обосновывает необходимость проведения целенаправленного медико-генетического скрининга и консультирования для данных популяций.

Совокупность полученной информации о структуре генофонда изученных народов, созданные базы данных и картографический атлас обеспечивают проведение генетико-демографического мониторинга, включая прогнозирование изменений генофонда в результате продолжающихся массовых миграций и межэтнических браков.

Полученные результаты важны для понимания формирования коренных народов Северной Евразии, вопросов первоначального заселения Америки и этногенеза народов России. Они будут полезны специалистам смежных отраслей науки: антропологам, археологам, лингвистам, историкам, этнографам при реконструкции целостной истории народонаселения Евразии. Результаты работы найдут широкое применение в учебно-педагогическом процессе.

Более того, полученная новая информация об этногенезе тюркоязычных народов важна для самого коренного населения изучаемого региона в ситуации возрастания этнического самосознания, укрепления и развития национальной культуры, языка, растущего интереса к истории своего народа. Многие народы Алтае-Саянского нагорья имеют статус «коренных малочисленных народов» (Постановление Правительства РФ от 24 марта 2000г. №255 «О едином перечне коренных малочисленных народов РФ»), и результаты диссертационной работы будут использоваться для сохранения культурного наследия России.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Этапы формирования генофонда. Генофонд тюркских народов Алтая, Саян, Памира и Тянь-Шаня сформирован населением различных регионов Евразии. В основе лежит древний западно-евразийский (палео-европеоидный) субстрат, маркируемый гаплогруппой R1a1a. Древний северо-евразийский компонент (N1b, N1c1, Q) восходит к автохтонному населению Западной Сибири и Урала. Более поздние этапы формирования генофонда связаны с постепенным проникновением восточно-евразийского (монголоидного) компонента, маркируемого гаплогруппой С. С другими регионами Евразии связь незначительна: с Восточной Европой по гаплогруппам I и R1b1b2, с Тибетом по гаплогруппе D2, с Восточной Азией по гаплогруппе О.

2. Географические тренды в изменчивости генофондов. Распределение восточно-евразийского компонента в исследуемых популяциях географически неравномерно: он значителен в популяциях казахов южных предгорий Алтая, киргизов и южных алтайцев, но почти не достигает северных алтайцев, хакасов и шорцев. С севера на юг снижаются частоты «сибирских» гаплогрупп (N1b, Q) и возрастает общее разнообразие спектра гаплогрупп. Географически периферийные киргизы занимают в генетическом пространстве промежуточное положение между двумя основными кластерами - «алтае-саянским» и «степным», отражая исходные этногенетические связи киргизов с южносибирскими племенами и последующее влияние степных народов.

3. Показатели межпопуляционного разнообразия. Ярко выраженные различия между «малыми народностями» (кумандинцы, челканцы, тубалары, сагайцы, качинцы и др.) подтверждают как их генетическую реальность, так и условность их традиционного объединения в этно-территориальные группы по географическому принципу («северные алтайцы», «южные алтайцы», «хакасы»).

4. Филогенетический анализ гаплогрупп выявляет ряд кластеров STR гаплотипов, характерных для определенных этносов и их групп. В гаплогруппе R1a1a выделяются специфичные кластеры северных и южных алтайцев. Для гаплогруппы N1c1 разделение происходит только на уровне «европейского» и «южносибирского» кластеров. Для гаплогруппы N1b также характерно четкое разделение на «европейский» и «азиатский» кластеры. Генетические датировки обнаруженных кластеров уточняют особенности этногенеза изучаемых народов и указывают на значительную роль дрейфа генов (эффекта основателя) в формировании их генофондов.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на международной конференции по проекту «The Genographic» (Эстония, 2008), VIII Конгрессе этнографов и антропологов России (Оренбург, 2009), Международной конференции «Человек: его биологическая и социальная история» (Москва, 2009), конференции молодых ученых МГНЦ РАМН (Москва, 2009), VI Съезде Российского общества медицинских генетиков (Ростов-на-Дону, 2010), VIII Курчатовской молодежной научной школе (Москва, 2010).

Личный вклад автора. Автором выполнена основная часть работы на всех этапах исследования: от экспедиционного обследования генофондов населения Алтая, Горной Шории, Байкальского региона и Восточной Европы до генотипирования, включая выделение ДНК, измерение концентрации, формирование рабочих и архивных ДНК-коллекций, генотипирование SNP маркеров и фрагментный анализ STR маркеров Y хромосомы,, генотипирование ряда аутосомных ДНК маркеров, ведение баз данных по ДНК маркерам и анкетным данным. Автором самостоятельно проведен статистический анализ - от расчета частот гаплогрупп до многомерного анализа (генетических расстояний, кластерного анализа, многомерного шкалирования, АMOVA), построения филогенетических сетей и создания геногеографических карт распространения гаплогрупп Y хромосомы в Евразии.

Публикации. Основные результаты исследования представлены в 9 научных работах, в том числе в 4 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для защиты диссертаций.

Структура и объем работы. Работа изложена на 172 страницах и состоит из введения, заключения и 6 глав, включающих обзор литературы, материалы и методы, результаты исследования и их обсуждение, список литературы, содержащий 260 источников, из которых 79 иностранные. Работа иллюстрирована 8 таблицами и 24 рисунками.

Содержание работы

Материалы и методы

Изучен полиморфизм Y хромосомы тюркоязычного населения четырех горных систем: Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира. Ареал изученных народов занимает обширную территорию: от степных районов Западной Сибири, где равнина постепенно сменяется северными предгорьями Алтая и цепью Саянских хребтов, до альпийских лугов Тянь-Шаня и высокогорного (4000 м) Памирского плато. На Алтае исследованием охвачены практически все коренные народы: шорцы (горные), северные алтайцы (челканцы, кумандинцы, тубалары), южные алтайцы (алтай-кижи, теленгиты), казахи южных предгорий Алтая (Казахстан). В Саянах изучены хакасы (качинцы, сагайцы, койбалы, кызыльцы) и абаканские шорцы. На Тянь-Шане и Памире были изучены контрастные группы нарынских и мургабских киргизов. Каждая этническая группа представлена несколькими локальными популяциями. Этнический состав, объемы выборок и регионы их сбора представлены в таблице 1. Для сравнительного анализа также привлечена неопубликованная информация международного проекта «Genographic» об этнических группах центрального Казахстана, Западной Монголии и Индии.

Материалом исследования послужил 1101 образец венозной крови представителей 13 малых тюркских народностей и субэтнических групп, проживающих на территории четырех государств: России, Таджикистана, Киргизии и Казахстана (табл. 1). Образцы собраны в ходе многолетних экспедиций (2004-2010 гг.) лаборатории популяционной генетики человека МГНЦ РАМН, проведенных под руководством Е.В. Балановской в сотрудничестве с Кемеровским университетом, научными учреждениями Киргизии, Таджикистана и Казахстана в рамках международного проекта «Genographic», грантов РФФИ и РГНФ. Формирование выборок проводили с учетом родословных каждого индивида. Анализируемая выборка включила 1101 мужчин, не состоящих в кровном родстве. Для минимизации влияния современных метисационных процессов в выборку включались только те представители коренного населения, все предки которых относились к данной популяции на глубину как минимум трех поколения. Работа проводилась с письменного информированного согласия обследуемых под контролем Этической комиссии МГНЦ РАМН.

Методы экспериментального ДНК анализа. Выделение ДНК проведено классическим методом фенол-хлороформной экстракции. Для анализа полиморфизма Y хромосомы использованы обе системы маркеров: однонуклеотидные полиморфные локусы SNP и высоковариабельные микросателлитные STR маркеры.

Для определения гаплогрупп Y хромосомы проведено генотипирование 40 SNP маркеров. Изучены следующие гаплогруппы (номенклатура согласно (Karafet, 2008), SNP маркеры указаны в скобках): а) наиболее частые в этом регионе - K(M9), F(M89), P(M45), C(M130), C3(M217), N1(LLY22g), N1b(P43), N1c1(M178), Q(M242), R(M207), R1b(M343), R1a1a(M198); б) редкие гаплогруппы C2(M38), C3c(M48), D(M174), E(M96), E1b1b1(M35), E1b1b1a(M78), G2a(P15), G2a1a(P18), G2a3b1(P303), J(M304), J1(M267), J2(M172), I(M170), I1(M253), I2a(P37), D2(P37.1), L(M20), L1(M27), L2(M317), L3(M357), O3(M122), O3a3(P201), O3a3a(M159), O3a3b(M7), O3a3c(M134), R1b1b2(M269), R1b1b1(M73), T(M70). Анализ SNP маркеров проведен методом TaqMan (Applied Biosystems) на приборе ABI 7900.

Фрагментный анализ 17 локусов STR маркеров (DYS389I, DYS389II, DYS390, DYS456, DYS19, DYS385a, DYS385b, DYS458, DYS437, DYS438, DYS448, GATA_H4, DYS391, DYS392, DYS393, DYS439, DYS635) проведен с использованием набора Y-filer PCR Amplification Kit (Applied Biosystems) на секвенаторе ABI 3130xl (Applied Biosystems).

Таблица 1. Генетически изученные тюркоязычные популяции Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира

Примечания: * по классификации (Баскаков, 1952); ** имеют статус коренных малочисленных народов Российской Федерации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы статистического анализа. Для анализа распределения частот гаплогрупп Y хромосомы в регионах Евразии использована база данных Y-base (www.genofond.ru), созданная в лаборатории популяционной генетики человека под руководством О.П. Балановского. На основе генетических расстояний М. Нея (Nei, 1975), рассчитанных с помощью программы DJgenetic (www.genofond.ru), проведен кластерный анализ и многомерное шкалирование в программе Statistica 6.0. Геногеографические карты распределения гаплогрупп построены с помощью программы GeneGeo, созданной под руководством О.П. Балановского. Для STR гаплотипов каждого индивида с помощью программы YPredictor_v1.0.5 (www.genofond.ru) осуществляли прогноз гаплогруппы, который сопоставлялся с гаплогруппой, независимо определенной по SNP маркерам.

Филогенетический анализ проведен в программе Network v. 4.1.1.1. (Fluxus Technology Ltd.) (www.fluxus-engineering.com), с использованием алгоритма reduced median и последующим построением сети median joining, и визуализацией в Network Publisher (Fluxus Engineering, Clare, U.K.). Возраст кластеров гаплотипов определялся через показатель с согласно рекомендациям (Forster et al., 1996; Saillard et el, 2000). При расчетах использовалась как «эволюционная» скорость мутирования STR маркеров (Zhivotovsky et al., 2004), так и «генеалогическая» скорость, полученная при прямых сравнениях пар отец-сын (Gusmao et al., 2005; Sбnchez-Diz et al., 2008; Ge et al., 2009). хромосома тюркоязычный филогенетический

Результаты и обсуждение

Распределение гаплогрупп y хромосомы У тюркских народов Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира

На основе распределения гаплогрупп Y хромосомы среди 13 тюркоязычных популяций Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира, объединенных в 6 крупных этно-территориальных групп (N=1101, табл. 2, рис. 1), выделены 3 региональных генофонда: Алтае-Саянский, степной и Памиро-Тяньщаньский.

АЛТАЕ-САЯНСКИЙ РЕГИОН, включающий популяции шорцев, алтайцев и хакасов, характеризуется преобладанием гаплогрупп R1a1a, N1b, N1c1, Q и R1b1b1, однако, их соотношение в каждой из популяций значительно варьирует.

Предполагается, что мажорная гаплогруппа R1a1a(М198) является отражением мощного палеоевропеоидного пласта, предшествовавшего экспансии тюркских и монгольских народов (Багашев, 1998; Харьков и др., 2007). Поэтому неудивительно общее снижение частоты R1a1a при продвижении с севера на юг, к степным ареалам. Максимальные значения R1a1a выявлены у горных (61%) и абаканских (53%) шорцев, тубаларов (51%) и алтай-кижи (58%). Высоких частот R1a1a достигает также у теленгитов (44%) и малых народов Хакассии (у сагайцев - 33%, у кызыльцев и койбалов - 38%). В то же время гаплогруппа R1a1a относительно редка у челканцев (15%) и хакасов-качинцев (6%).

В распределении «сибирской» гаплогруппы N1b(Р43) выявлен более четкий тренд. Максимум частоты N1b обнаружены у хакасов-качинцев (79%). В других хакасских этносах N1b также составляет заметную часть генофонда (в среднем 20%). Ниже частота N1b у северных алтайцев (в среднем 9%) и наиболее редка N1b у южных алтайцев (в среднем 5%) и шорцев (в среднем 3%).

Частота гаплогруппы N1c1(M178) варьирует от 0% у тубаларов до 44% у абаканских шорцев. При этом у шорцев (в среднем 25%) и у сагайцев (38%) она является второй по значимости.

Максимальные частоты гаплогруппы Q(М242) зарегистрированы в генофонде северных алтайцев (у челканцев она является мажорной, составляя более 50% генофонда) и в небольшой выборке койбалов и кызыльцев Хакасии (44%).

Наличие «сибирской» гаплогруппы Q в большинстве популяций Алтае-Саянского региона указывает на наличие древнейшего сибирского пласта и может отражать участие самодийских и палеоазиатских племен в их этногенезе, которое наиболее ярко выражено у северных алтайцев и хакасов и не выявлено в популяциях шорцев.

Гаплогруппа R1b1b1(М73) относится к западно-евразийским и в сибирском регионе редка. Однако нами обнаружен на Алтае новый очаг распространения R1b1b1: с заметными частотами она встречается у горных шорцев (11%) и у северных алтайцев (18%), а в одной из групп (кумандинцев) составляет половину генофонда (49%).

Рис. 1. Распространение основных гаплогрупп в Алтае-Саянском регионе и Центральной Азии.

Таблица 2. Частоты гаплогрупп Y хромосомы у изученных крупных народов, этно-территориальных объединений и регионов Евразии

Примечания: *Данная работа. Частоты гаплогрупп в других регионах рассчитаны на основе информации БД Y-base (www.genofond.ru) - для них приведены средние численности, поскольку выборки различны по разным гаплогруппам.

СТЕПНОЙ РЕГИОН географически расположен между Алтае-Саянским и Памиро-Тяньшаньским регионами, но генетически своеобразен. В него вошли популяции казахов (Алтая и Центрального Казахстана) и включенные для сравнения неопубликованные данные нашей лаборатории по народам Западной Монголии. От Алтае-Саянского региона степной регион отличается еще большим генетическим разнообразием, демонстрируя итоги более интенсивного межрасового смешения. С невысокими частотами по всему степному коридору встречаются западно-евразийские (R1a1a, I, R1b1b2), переднеазиатские (G, J) и сибирские (Q, N1b) гаплогруппы. Однако основная часть генофонда казахов Алтая (86%) представлена вариантами центрально-азиатской гаплогруппы С (С3с(М48) - 39%, С(xС3с) - 17%) и восточно-азиатской гаплогруппой О3a3c(M134del) (30%). В генофонде монголов преобладают С3с(М48) и С(xС3с), а варианты гаплогруппы О не превышают 5%. Наличие R1a1a в генофонде казахов и монголов подтверждает наличие древнего европеоидного субстрата в степной зоне, который документирован и палео-антропологическими находками (Тюркские народы Сибири, 2006).

ПАМИРО-ТЯНЬШАНЬСКИЙ РЕГИОН представлен двумя пространственно удаленными популяциями киргизов Киргизии и Таджикистана. Хотя в географическом пространстве они являются наиболее южными из всех изученных популяций (рис.1), однако в генетическом пространстве занимают промежуточное положение между Алтае-Саянским и степным регионами. Наличие в Памиро-Тяньшанском регионе высоких частот гаплогрупп R1a1a (42%) и N1b (12%) на фоне невысоких частот N1c1, R1b1b1, Q и О создает сочетание гаплогрупп, выше описанное нами для хакасов, что указывает на возможное сибирское происхождение киргизов. Высокая же частота гаплогруппы C3c (30%, что нехарактерно для Сибири) связана с интенсивными миграциями центральноазиатских степных народов в районы предполагаемого очага образования киргизского этноса. Таким образом, Памиро-Тяньшанский регион, хотя географически является окраинным, но генетически представляет собой соединение генофондов двух других регионов: Алтае-Саянского и степного.

ПОДРАЗДЕЛЕННОСТЬ ЭТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ОБЪЕДИНЕНИЙ (ПО ЧАСТОТАМ ГАПЛОГРУПП Y ХРОМОСОМЫ)

Исследуемые 13 популяций входят в состав шести крупных этно-территориальных объединений (табл. 1, 2): северные алтайцы, южные алтайцы, шорцы, хакасы, казахи, киргизы.

В табл. 3 приведены два показателя их гетерогенности: d (средние генетические расстояния между малыми народностями или популяциями в пределах данного этно-территориального объединения) и F_ST (нормированная дисперсия частот гаплогрупп в малых народностях в пределах данного этно-территориального объединения, AMOVA).

Обнаружено, что частоты гаплогрупп в пределах этно-территориальных объединений чрезвычайно варьируют: при сходстве общего спектра доля каждой гаплогруппы может резко отличаться как от других популяций этно-территориального объединения, так и от его средних характеристик. При этом шесть этно-территориальных объединений разделились на две группы, почти на порядок различающиеся по гетерогенности: полюс с наименьшей гетерогенностью (в среднем F_ST=4%) включил южных алтайцев, шорцев и киргизов, а полюс с наибольшей гетерогенностью (в среднем F_ST=23%) - казахов, хакасов и северных алтайцев.

Наименьшие различия (F_ST=3,2%), обнаружены между популяциями южных алтайцев - алтай-кижи и теленгитов. Их важной общей чертой является высокая частота гаплогруппы R1a1a: у алтай-кижи она составляет 58%, у теленгитов - 44%. Вероятно, это связано с общей генетической основой, на которой происходило формирование обеих групп южных алтайцев (Тюркские народы Сибири, 2006). Различия же между ними связаны с усиленным влиянием кочевых племен степи на теленгитов - у них возрастают частоты «центральноазиатских» гаплогрупп D2 (до 17%) и С3с(х С3с) (до 17%), которые у алтай-кижи редки (3%).

Таблица 3. Генетическая гетерогенность народов Сибири и Европы (по Y хромосоме)

Межпопуляционные отличия между горными (Кемеровская область) и абаканскими (Хакассия) шорцами немногим выше, чем у южных алтайцев F_ST=4,7%. В обеих популяциях мажорной вновь является гаплогруппа R1a1a (у горных - 61%, у абаканских - 53%). Различия между популяциями шорцев в основном связаны с частотой гаплогруппы N1c1: у горных шорцев частота N1c1 не превышает пятой части генофонда (19%), тогда как у абаканских шорцев достигает почти половины генофонда 44%. При этом генетическое разнообразие горных шорцев значительно выше, чем у абаканских, имеющих лишь три гаплогруппы. Таким образов, отличия популяций связаны не с различиями в их этногенезе, а с мощными эффектами дрейфа генов у абаканских шорцев, относительно недавно отделившихся от основного массива шорцев и переселившихся в Хакассию.

Удивительно, что столь географически удаленные популяции киргизов (Киргизии и Таджикистана) оказались столь генетически сходны; F_ST=5,1% Различия между ними связаны лишь с соотношением центрально-азиатских и сибирских гаплогрупп. В горах Тянь-Шаня преобладает степное влияние на генофонд (центрально-азиатские варианты гаплогруппы С составляют 44%), а на высокогорном (4000 м над уровнем моря) плато Памира степные влияния слабее, и поэтому на Памире лучше сохранились свидетельства сибирского происхождения киргизов, проявляющиеся в высокой частоте «сибирской» гаплогруппы N1b (24%).

Во второй группе этно-территориальных объединений (северных алтайцев, хакасов и казахов) межпопуляционное разнообразие в несколько раз выше, чем у шорцев, южных алтайцев и киргизов. Так, для казахов гетерогенность F_ST=19,4% рассчитана нами по популяциям казахов предгорий Алтая (табл. 1), восточного и центрального Казахстана (неопубликованные данные). Столь высокая гетерогенность казахов связана с четким сохранением родовой структуры - ей соответствует структурированность генофонда, позволившая сохранить высокий уровень межпопуляционного разнообразия в степной зоне интенсивных миграций.

Очень велики генетические различия между малыми народностями, входящими в объединение северных алтайцев (F_ST=20,0%): каждый малый этнос отличается собственным сочетанием частот гаплогрупп Y хромосомы. Наиболее разнообразен спектр гаплогрупп у тубаларов - у них встречены редкие для Сибири гаплогруппы G2a3b, I2a, O3, а частота мажорной гаплогруппы R1a1a достигает 51%. В двух других малых этносах северного Алтая частоты R1a1a значительно ниже: у кумандинцев 24%, у челканцев - 15%. Мажорная гаплогруппа у челканцев - Q (55%), а у кумандинцев - R1b1b1 (49%). Таким образом, различия между тремя малыми этносами северных алтайцев столь велики, что даже мажорные гаплогруппы (составляющие половину генофонда) у них различны. В более ранних работах различия по Y хромосоме между популяциями и северных, и южных алтайцев были признаны статистически недостоверными, что объяснимо небольшими объемами популяционных выборок (в среднем N=24) (Харьков и др., 2007). Таким образом, наше исследование малых алтайских народностей, основанное на значительно больших выборках (в среднем N=82), впервые выявляет значительную генетическую гетерогенность как северных алтайцев, так и южных алтайцев. Этот вывод подтвержден нами и при исследовании аутосомных ДНК маркеров.

Наиболее гетерогенными среди этно-территориальных объединений оказались хакасы (F_ST=30,0%): три разных потока генов сформировали каждый из трех изученных хакасских малых народов: каждый из них характеризуется собственной мажорной гаплогруппой. Гаплогруппа Q, маркирующая влияние самодийцев, сосредоточена исключительно в группе койбалов и кызыльцев (44%), где является мажорной гаплогруппой; «сибирская» гаплогруппа N1b представлена с максимальной частотой у качинцев (79%); гаплогруппа N1c1 (38%) является мажорной в генофонде сагайцев.

В среднем, по всем изученным этно-территориальным объединениям (как с низкой, так и с высокой гетерогенностью) величина межпопуляционной изменчивости внутри объединений составляет 15%. При этом различия между этническими объединениями составляют лишь 6%. Таким образом, различия популяций в пределах одного этнического объединения оказываются в 3 раза выше, чем различия самих этнических объединений между собой, что указывает на искусственность такого объединения.

Столь ярко выраженное своеобразие «малых народностей» и четкие различия между ними (кумандинцы, челканцы, тубалары, алтай-кижи, теленгиты, сагайцы, качинцы, кызыльцы, койбалы) подтверждают их генетическую реальность и указывают на условность их традиционного объединения по географическому принципу («северные алтайцы», «южные алтайцы», «хакасы»).

Положение популяций Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира в генетическом пространстве

График многомерного шкалирования (рис. 2), созданный по всей совокупности гаплогрупп Y хромосомы, демонстрирует положение в генетическом пространстве генофондов изученных нами популяций и других народов Евразии (литературные данные).

Рис. 2. Положение изученных популяций в генетическом пространстве (график многомерного шкалирования)

Примечания: Величина стресса S_O = 0,150. *данные литературы (выделены курсивом). ** неопубликованные данные МГНЦ РАМН хакасы¹ - объединенная группа хакасов (койбалы и кызыльцы)

Выявлены два крупных кластера: а) «степной», включающий все популяции казахов и монголов, а также эвенков; б) обширный «алтае-саянский» кластер, к которому близок субкластер популяций Приуралья, Зауралья и Якутии. Популяции киргизов занимают промежуточное положение между «степным» и «алтае-саянским» кластерами: киргизы Памира примыкают к «алтае-саянскому» кластеру, а киргизы Тянь-Шаня - к «степному».

Рис.3. Дендрограмма генетических взаимоотношений народов Алтая

Отметим три особенности положения популяций в генетическом пространстве.

1. Сходство с географией. Положение групп на графике (рис. 2) в целом вторит их расположению в географическом пространстве: «северный» (верхний) сектор графика занимают алтае-саянские народы, а в «южном» (нижнем) секторе графика располагаются степные популяции казахов и монголов. В пределах алтае-саянского кластера положение этнических групп северных, южных алтайцев и хакасов также вторит их географическому положению.

2. Генетическое разнообразие. Ярко выражены различия между популяциями «алтае-саянского» кластера: огромное разнообразие малых этносов северных алтайцев и хакасов проявляется в обширной зоне, которую они занимают на рис. 2. Генофонды шорцев, южных алтайцев и киргизов более однородны и занимают компактную зону на графике многомерного шкалирования.

3. Сравнение с литературными данными. Рис. 2 демонстрирует, что литературные данные по северным алтайцам (суммарные по разным малым народам) соответствуют нашим данным только одному из малых народов - тубаларам, а литературные данные по южным алтайцам соответствуют лишь алтай-кижи. Это указывает на необходимость при исследовании генофондов крупных этнических объединений (алтайцы, хакасы и т.д.) учитывать, какие именно малые этнические или географические группы обследовались.

Дендрограмма (рис.3) уточняет расположение популяций в генетическом пространстве: киргизы с южными алтайцами объединяются в единый кластер; хакасы-качинцы близки к северным алтайцам (кумандинцам и челканцам), в то время как другие хакасские народы - койбалы и кызыльцы - объединяются с тубаларами, а на следующем шаге примыкают к кластеру шорцев и хакасов-сагайцев.

Особенности генофонда тюркских народов Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира в контексте евразийских генофондов

Полученные результаты о полиморфизме Y хромосомы у тюрков Южной Сибири и Центральной Азии нельзя понять без их интерпретации в терминах западно-евразийского (синоним европеоидного) и восточно-евразийского (синоним монголоидного) «миров», ассоциированных с определенным спектром гаплогрупп (табл. 2). Для гаплогрупп, наиболее важных при описании исследованных тюркоязычных народов, созданы геногеографические карты их распространения (рис. 4), позволяющие увидеть эти народы в евразийском контексте.

Западно-евразийское влияние. Вклад европеоидного населения маркируется рядом западно-евразийских гаплогрупп, в том числе переднеазиатскими гаплогруппами (E1b1b1, G, и J), а также гаплогруппами R1a1a и R1b1b2, происхождение которых вызывает множество споров (Rootsi et al., 2007; Myres et al., 2010).

Гаплогруппа R1a1a (рис. 4А), встречаясь во всех изученных популяциях с частотой от 4% до 61%, возможно, маркирует палеоевропеоидный субстрат, преобладавший на этой территории в скифо-сарматский и предшествующие периоды (Багашев, 1998; Харьков и др., 2007). Вариант R1b1b2(М269) напротив, встречается в изученных популяциях крайне редко, не достигая в среднем 1% (уровня полиморфизма). R1b1b1(М73) обнаруживает на Алтае новый очаг своего распространения, в дополнение к южноуральскому очагу.

Западно-евразийская гаплогруппа I, являясь наиболее типичной европейской гаплогруппой, чрезвычайно редко встречается за пределами Европы. Так, на Алтае её частота не превышает 1%, а в остальных изученных популяциях она практически отсутствует. Однако даже столь низкие частоты, на фоне нулевых частот в смежных регионах могут указывать на западно-евразийское влияние на генофонд населения Алтая. Возможно, что наличие этой гаплогруппы свидетельствует о метисации с пришлым славянским населением. Эта тенденция наиболее ярко проявляется по генетико-демографическим данным у северных алтайцев (Лавряшина и др., 2010).

Переднеазиатские гаплогруппы J, E1b1b1 и G с небольшими частотами встречаются по всей территории Алтая, не превышая 2%, за исключением гаплогруппы G, для которой обнаружен новый максимум у некоторых групп казахов.

Гаплогруппа L встречается в южноазиатских популяциях (7%), в Центральной и Передней Азии (3-4%) и характеризует индоиранский (западно-евразийский) компонент (Cтепанов, 2006). Нами она обнаружена у хакасов (3%) и киргизов (1%).

Рис. 4. Карты распространения гаплогрупп Y хромосомы R1a1a, N1c1, Q, N1b, C, О в центральном поясе Евразии.

Примечание: На всех картах овал отмечает регион и популяции, изученные в данной работе.

Восточно-евразийское влияние. Максимальные частоты гаплогруппы С наблюдаются у народов Восточной Сибири (45%) и Центральной Азии (27%). В Восточной Азии частота C снижается до 11%, а западной границей ее ареала является Волго-Уральский регион (около 2%). В горах Алтая и Саян гаплогруппа С практически не встречается, за исключением самых южных окраин Алтая. В целом геногеография гаплогруппы С (рис. 4Б) свидетельствует об ее восточно-евразийском происхождении с широкой экспансией по степной полосе к югу от Алтайских гор.

Гаплогруппа О (рис. 4В) и её субварианты O2, O3(xO3a3), и O3a3c, являющиеся основным компонентом генофонда в Восточной Азии (62%), встречены среди изученных нами популяций только на самом юге Алтая, в степных районах у казахов и с небольшими частотами у киргизов. Сходство киргизов и казахов по частотам основных гаплогрупп, возможно, свидетельствует не только о влиянии степных народов Восточной Евразии, но и о сходстве их генетического субстрата. Население Казахстана эпохи бронзы относилось к европеоидной расе, было морфологически близко к населению андроновской культуры Минусинской котловины. Наличие в генофондах киргизов и казахов восточно-евразийских гаплогрупп свидетельствуют о более поздних миграциях монголоидного населения, а отличия в соотношении западно- и восточно-евразийских гаплогрупп в их генофондах связано с разной степенью замещения европеоидного компонента монголоидным.

Наличие гаплогруппы D2 у алтайцев (6%) представляет интерес, так как она редка во всех регионах, за исключением Восточной Азии (в среднем 9%), а максимума достигает на Тибете (40-50%) и у японцев (43%) (Altheide, Hammer, 1997; Hammer et al., 1997, 1998; Karafet et al., 2002; Степанов, 2002). Возможно, её появление на Алтае связано с опосредованным влиянием тибетских племен, отделенных от Алтая центрально-азиатскими пустынями, которые благодаря Великому шелковому пути были не только барьером, но и ареной миграций.

Формирование генофонда коренных народов Алтая, Саян и Средней Азии проходило не только под влиянием генных потоков с запада или востока, но и на основе местного сибирского (северо-евразийского) субстрата. Об участии протоуральского и палеоазиатского населения в этногенезе населения Алтая можно судить по частоте распространения гаплогруппы Q (рис. 4Г), наиболее частой в Западной Сибири (32%). В генофонде хакасов и алтайцев в среднем она обнаружена с высокой частотой 10-15%.

Рис. 5. Положение тюркских народов Алтая, Саян, Тянь-Шаня и Памира в системе Евразийских генофондов

Примечания: график многомерного шкалирования, величина стресса So =0.13, алиенация =0.16; жирным шрифтом выделены народы, изученные в данной работе

Аналогично гаплогруппы N1c1 (рис. 4Д) и N1b (рис. 4Е), суммарная частота которых в некоторых изученных популяциях достигает почти 90% , могут маркировать именно сибирскую составляющую в генофонде тюркских народов Алтая, Саян и Памира.

Анализ всей совокупности гаплогрупп Y хромосомы (табл. 2) методом многомерного шкалирования позволил выявить положение изученных народов в системе Евразийских генофондов (рис. 5.).

Мы видим, что шорцы, которые по данным антропологии являются наиболее европеоидным народом Южной Сибири, и по гаплогруппам Y хромосомы тяготеют к народам Волго-Уральского региона и входят в западно-евразийский кластер. Алтайцы, хакасы и киргизы занимают промежуточное положение между двумя стволами - западно-евразийским и восточно-евразийским. Казахи ярко отражают восточно-евразийский генофонд и занимают промежуточное положение между Центральной и Восточной Азией. Таким образом, изученные нами алтайцы, шорцы, хакасы, казахи и киргизы, хотя в географическом пространстве занимают компактный ареал (показанный овалом на картах рисунка 4) но в генетическом пространстве Евразийских генофондов они занимают дисперсное положение, отражая тем самым большое разнообразие их генофондов.

ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ STR ГАПЛОТИПОВ

Для гаплогрупп Y хромосомы (C, C3(xC3c), D, N1b, N1c1, Q, R1a1a), наиболее характерных для изученных тюркоязычных народов, были построены филогенетические сети и дана оценка времени возникновения основных кластеров. В табл. 4 для гаплогрупп N1b, N1c1, R1a1a приведены датировки по «генеалогической» и «эволюционной» скоростям мутирования, в тексте приводим датировки только по «эволюционной» скорости.

Гаплогруппа N1b. На филогенетической сети (рис. 6) четко разделяются два кластера: а) азиатский кластер N1b-A представлен гаплотипами из Сибири и Центральной Азии, а также небольшим количеством образцов Волго-Уральского региона; б) в европейский кластер N1b-Е вошли только образцы из популяций Волго-Уральского региона. Сегмент «Е» формируется из двух кластеров: б1 (12400±2400 лет) и б2, который почти в четыре раза моложе. В отличие от работы М.В. Деренко (Derenko et al., 2007), где азиатский кластер был «старше» европейского, в нашем исследовании наблюдается обратное - европейский кластер (9700±2000 лет) старше азиатского (5700±1000 лет). Полученная нами датировка близка к верхней оценке формирования европейского кластера по данным (Rootsi et al., 2007): возраст N1b-E 6800±2900 лет.