ИТОГИ ИЗУЧЕНИЯ ЗАПАДНОГО КАВКАЗА

Изучение микроэволюции популяций является центральным направлением в популяционной генетике. Поэтому изучение генофондов разных регионов ойкумены одна из наиболее актуальных проблем.

Введение Анализ на региональном уровне Анализ на этническом уровне Анализ на внутриэтническом уровне Анализ на уровне элементарных популяций

Генетическое изучение народов Западного Кавказа позволяет выявить исторические пласты и взаимосвязи различных генофондов Европы и Азии. Кавказ как историческая область уже своим географическим положением играет роль своеобразного моста между регионами Евразии. Поэтому выявление положения генофонда Кавказа в системе Евразийских генофондов становится важным шагом в решении общих проблем этногеномики.

Наши исследования показали, что один из главных сценариев генофонда Кавказа выделяет Западный Кавказ, как отдельную генетическую область, поэтому его изучение представляет самостоятельную актуальную задачу популяционной генетики.

Современная этногеномика располагает значительным арсеналом генетических маркеров – это классические маркеры, аутосомные ДНК маркеры, однородительские ДНК маркеры, а также квазигенетические маркеры. 1.Классические маркеры (12 локусов): биохимические, иммунологические и физиологические ACP1, ESD, HP, GC, TF, GL01, C3, PGM, ABO, RH, PTC, CER 2.Аутосомные ДНК маркеры (13 локусов): Диаллельные – ACE, PV92, TPA25, FXIIIB, ApoA1, A25, B65, CCR5del32 Мультиаллельные – D1S80, ApoB, DM, SCA, DRPLA 3.Митохондриальная ДНК (37 гаплогрупп): секвенирование ГВС1 и ПДРФ 4.Квазигенетические маркеры: Фамилии: 87256 человек, 7 народов Родословные: 6 поколений – 9762 человек Все перечисленные маркеры использованы нами для характеристики генофонда народов Западного Кавказа. Каждый из типов маркеров обладает собственной микроэволюционной траекторией. Их совокупность позволяет наиболее объективно прослеживать древние миграции, выявлять генетическое сходство и различие народов. Поэтому сравнение четырех типов маркеров – важная методическая задача нашей работы и этногеномики в целом на данном этапе ее развития.

Важным разделом популяционной генетики является изучение генетической структуры подразделенных популяций. Ведь именно в подразделенных популяциях протекает микроэволюционный процесс у большинства видов, включая человека. Для решения этой задачи хорошим модельным объектом является генофонд народов Западного Кавказа. Он не только представляет собой высоко структурированную популяцию с множеством уровней, но и сам является важной региональной частью генофонда Евразии. Это позволило изучить дифференциацию популяций на четырех уровнях их организации: 1. региональный уровень – 17 регионов Евразии 2. этнический уровень – 62 народа Кавказа 3. внутриэтнический уровень – 4 племени адыгейцев, 689 человек 4. уровень элементарных популяций – 7 популяций, 448 человек

Изучение генофонда народов западного Кавказа позволило также решить и другую актуальную проблему современной популяционной генетики - сравнение изменчивости разных типов генетических маркеров. Такое сравнение последовательно проведено на каждом уровне популяционной системы – от Евразийского генофонда до элементарных популяций. В результате создана широкая панорама изменчивости разных типов маркеров.

Для решения этих задач нами были проведены экспедиции и собраны образцы крови у 9 народов Кавказа, родословные на глубину от 3-х до 8 поколений, фамилии для 7 народов. Проведено генотипироваие мультиаллельных и диаллельных ДНК маркеров, создан банк данных и проведен весь статистический анализ. Каждый народ изучен с учетом его истории и структуры расселения: обследован ряд населенных пунктов, различные субэтнические подразделения. Репрезентативные выборки формировались по следующим критериям: - сельские популяции со всего ареала этноса, - не родственные индивиды, - все предки обследованных в течение трех поколений родились в данном районе и относятся к данному этносу, - 100 человек - средний объем выборки Собраны биологические образцы: - четыре типа образцов венозной крови, - образцы букального эпителия, - определены тип ушной серы (CER) и вкусовая чувствительность (РТС), - путем опроса собраны данные о частотах групп крови АВО и Rh.

Синими кружками показаны изученные районы.

Изученные популяции принадлежат к четырем лингвистическим группам: Западный Кавказ:Абхазо-Адыгская лингвистическая группа:   - адыгейцы – четыре племени (689 человек)   - кабардинцы (175 чел)   - черкесы (75 чел)   - абхазы (100 чел) Тюркская лингвистическая группа:   - карачаевцы (142 человек)   - балкарцы (100 чел) Славянская лингвистическая группа:   - потомки кубанских казаков (168 чел)   - потомки терских казаков (50 чел) Восточный Кавказ: Нахско-Дагестанская лингвистическая группа:   - чеченцы (85 чел)   - народы Дагестана (196 человек)

Рассмотрим анализ на региональном уровне популяции

Чтобы обеспечить наибольшую достоверность результатов, мы проводили анализ дважды: вариант А  включал наибольшее число маркеров, например по нему изучено 163 аллеля, однако по этому большому набору маркеров данные имелись только для 3 регионов Евразии и 26 этносов. Вариант Б  проведен по наибольшему числу регионов, поэтому число изученных аллелей оказалось меньше – 130, но зато по ним мы смогли изучить 10 регионов Евразии, а не 3 как в варианте А и охватить 101 народ, а не 26, как в варианте А. Сопоставление двух вариантов анализа позволяет увидеть наиболее устойчивые результаты. Здесь мы представляем вариант анализа Б – по наибольшему числу регионов, который контролируется изучением варианта А. Здесь и далее в левом углу будет указан анализируемый уровень, а в правом углу тип анализируемого маркера.

По диаллельным ДНК маркерам на региональном уровне мы видим следующую картину: Евразийский генофонд подразделился на «западный мир» Евразии, в который, кроме Западного Кавказа, вошли Восточный Кавказ и Закавказье, а так же регионы Урала, Европы и Юго-Западной Азии, и «восточный мир» Евразии, в который вошли Сибирь, Южная, Центральная и Восточная Азии. Граница между западным и восточным «мирами» евразийского генофонда проходит по Зауралью. Народы Приуралья оказываются «на полпути» от народов Зауралья к народам Европы, к которым они в целом принадлежат. Западный Кавказ наиболее тесно генетически связан не только с другими регионами Кавказа, но и с Юго-Западной Азией. Для большей надежности мы проверили, подтвердится ли этот результат другим видом анализа – кластерным анализом.

Дендрограмма демонстрирует полностью такую же картину. На ней можно видеть выделение западного кластера и восточного кластера. Также видно, что Западный Кавказ ближе всего к другим народам Кавказа и Юго-Западной Азии.

Теперь перейдем к другому типу маркеров - к классическим маркерам. Мы видим ту же самую картину  - выделение западного и восточного кластеров, а Западный Кавказ вновь объединяется с другими регионами Кавказа и Юго-Западной Азией. Такой результат согласуется с данными истории, археологии, антропологии и лингвистики.

Третий тип аутосомных маркеров - мультиаллельные - не выявил такого четкого подразделения Евразийского генофонда на два кластера.

Корреляция между только что рассмотренными нами диаллельными и классическими маркерами очень высока и составляет около 0.9, а их корреляция с мультиаллельными ниже - около 0.7.

На основании этих анализов мы можем сделать следующие выводы об основных чертах регионального уровня: 1. На региональном уровне изученной популяционной системы наиболее эффективны диаллельные ДНК и классические маркеры. 2. Евразийский генофонд подразделен на «восточный» и «западный» кластеры. 3. Изученный нами генофонд Западного Кавказа относится к «западному» кластеру. 4. К региону Западного Кавказа наиболее генетически близки не только остальные кавказские регионы, но и генофонд Юго-Западной Азии.

Теперь перейдем к рассмотрению этнического уровня

Рассмотрим сначала диаллельные ДНК маркеры. Мы видим, что образовались кластеры соответственно лингвистической классификации: «славянский» кластер – русские, украинцы, в который вошли изученные нами казаки; «абхазо-адыгский» кластер – адыгейцы, кабардинцы, черкесы, абхазы, абазины. Тюркские народы высокогорных районов Кавказа и нахско-дагестанские народы объединились в один генетический кластер. Этносы «степных тюрок» (ногайцы и караногайцы) образовали совершенно отдельный от остального древа кластер. Близость народов тюркоязычных горцев к горцам нахско-дагестанской группы, а не к «степным тюркам» соответствует антропоисторическим данным о формировании этих народов. Удивительно то, что кубанские казаки генетически оказываются совершенно в ином кластере, чем адыги.

Вот уже более 150 лет казачьи станицы и русские поселения расположены вперемешку с аулами адыгов. И, несмотря на это, различия между генофондами казаков и адыгов очень значительны - поток генов между ними не велик.

Мультиаллельные ДНК маркеры в целом подтвердили полученный результат, хотя по ним изучен иной набор народов. Мы снова видим, что единый кластер с русскими и украинцами образовала популяция казаков. Абхазо-адыгские народы также образовали свой собственный кластер. А степные тюрки ногайцы и караногайцы вошли в общий кластер с башкирами. При расчете по варианту А увеличение набора аллелей не привело к изменению полученной картины, что говорит о достоверности полученных результатов.

Классические маркеры в данном случае оказались неэффективными, они выделили только «славянский» кластер и кластер автохтонных народов Кавказа.

Коэффициент корреляции между диаллельными и мультиаллельными маркерами высок и равен 0.7, а между остальными парами сравнений он не достоверен.

Теперь, оставаясь на том же этническом уровне, рассмотрим квазигенетические маркеры. Мы изучили фамилии 90 тыс. человек и оценили уровень случайного инбридинга в популяциях семи народов Западного Кавказа. Наименьший показатель инбридинга оказался у кубанских казаков, а максимальный - у абхазов. В целом различия в уровне инбридинга отдельных этносов достигают размаха двух порядков величины. Показатель случайного инбридинга позволяет прогнозировать груз наследственной патологии. Это важный итог нашей работы.

Основные черты этнического уровня: 1. На этническом уровне популяционной системы более эффективными оказываются оба типа ДНК маркеров - диаллельные и мультиаллельные, а не классические (изученность которых неудовлетворительна). 2. На этническом уровне положение генофондов Кавказа соответствует антропоисторическим данным. 3. Выделились кластеры славянских и абхазо-адыгских популяций, что свидетельствует об отсутствии значительного генного потока между ними, хотя они проживают на одной территории. 4. Тюркоязычные группы высокогорий обнаружили наибольшее генетическое сходство с горскими народами нахско-дагестанской группы, а не с тюркоязычными народами степей Причерноморья.

Перейдем к следующему уровню - внутриэтническому

Здесь мы рассмотрим в качестве модельного объекта популяцию адыгейцев, подразделенную на четыре племени – бжедуги, шапсуги, кабардинцы, темиргоевцы.

Адыгейцы никогда не были и сейчас не являются генетически однородной популяцией, включая в себя множество племен. Корни адыгейцев прослеживаются на глубину более трех тысяч лет, а пять поколений назад они прошли через резкое сокращение численности (эффект «бутылочного горлышка»). Самым многочисленным племенем были шапсуги. На карте показано расселение адыгейских племен до Кавказской войны, закончившейся в 1864 г.

После Кавказской войны шапсуги были расселены в долину Кубани, где ныне в четырех близлежащих аулах проживают 5 тыс прикубанских шапсугов. Часть шапсугов все же вернулась на исконные земли – побережья Черного моря: но там 5 тыс. причерноморских шапсугов проживает в 14 изолированных горных аулах. Группы шапсугов разделены Кавказским хребтом и полностью соответствуют модели подразделенной малой популяции. Строго соблюдаются брачные традиции: 83% браков заключается в пределах каждой из групп.

Рассмотрим мультиаллельные ДНК маркеры: на значительном расстоянии от шапсугов в целом расположились другие племена адыгейцев: кабардинцы, темиргоевцы, бжедуги. А шапсуги заняли центральное положение. В генетическом пространстве именно они находятся ближе всего к «адыгейцам в целом», и это соответствует структуре популяций до Кавказской войны.

Результаты, полученные по аутосомным диаллельным ДНК маркерам, дают сходную картину. Вновь шапсуги заняли центральное положение.

На внутриэтническом уровне корреляция между мульти и диаллельными маркерами очень высока – r= 0.9.

Такая же картина – центрального положения обеих ветвей шапсугов – подтверждена и анализом по фамилиям – 1340 фамилий. Таким образом, все три типа изученных маркеров (диаллельные, мультиаллельные и квазигенетические) дали сходные результаты на внутриэтническом уровне.

По квазигенетическим маркерам получены еще два важных результата: Во-первых, фамилии позволяют выявить четкие границы между племенами адыгейцев. «Квазигенетические» границы совпадают с племенными границами.

Во-вторых, выявлены значительные – на порядок – различия между племенами по уровню случайного инбридинга. Максимальные величины инбридинга обнаружены у причерноморских шапсугов, а минимальные - у кабардинцев.

Основные черты внутриэтнического уровня: 1. На внутриэтническом уровне наиболее информативны аутосомные ДНК маркеры - диаллельные и мультиаллельные. 2. Картографический анализ фамилий выявил четкие границы между субэтносами (племенами) адыгейцев. 3. Прогнозируемый груз наследственной патологии между племенами различается на порядок. 4. Благодаря своей подразделенности, популяция причерноморских шапсугов сумела сохранить высокую гетерогенность митохондриального генома. 5. Генетические расстояния по митохондриальным маркерам значительно выше, чем по аутосомным ДНК маркерам. Это указывает, что эффекты дрейфа генов по мтДНК в изолированных популяциях могут быть намного значительнее, чем по аутосомным маркерам.

Перейдем к последнему уровню – элементарных популяций

В качестве модельного объекта возьмем подразделенную популяцию шапсугов.

Элементарной можно считать такую популяцию, внутри которой браков заключается больше, чем с другими популяциями. Поэтому мы изучили брачную структуру всех популяций шапсугов, и на основе матрицы брачных миграций выделили элементарные популяции. Для прикубанских шапсугов – 3 элементарные популяции, для причерноморских - 4.

Рассмотрим мультиаллельные маркеры – все популяции, принадлежащие к прикубанским шапсугам, вошли в один кластер, а все популяции причерноморских шапсугов - в другой кластер.

То же самое мы видим и по классическим маркерам. Все прикубанские шапсуги вошли в один кластер, а причерноморские - в другой кластер.

Итак, наиболее эффективными оказались мультиаллельные и классические маркеры, корреляция между этими маркерами достигает r=0.5, в то время как корреляция с диаллельными - около нуля.

Однако, несмотря на столь низкие корреляции с диаллельными маркерами, анализ по всем трем типам маркеров позволил выявить наиболее точную картину. Мы видим подразделение не только на ветви шапсугов, но и деление причерноморских шапсугов на западных – Туапсинский район и восточных – Лазаревский район. Такая структура полностью соответствует матрице брачных миграций. Таким образом, анализ одновременно всех трех типов маркеров дает максимально точную характеристику популяционной структуры.

До сих пор мы рассматривали изменчивость популяций в пространстве, но фамилии позволяют нам заглянуть в глубь времен и увидеть динамику популяций во времени. Для этого мы собрали тотально родословные для всех шапсугов на глубину 6 поколений (таким образом, мы восстанавливаем генофонд вплоть до шестого поколения от современности, который существовал во время Кавказской войны). Построены карты главных компонент изменчивости для каждого поколения. Мы видим, что в каждом поколении обнаружены высокие различия между прикубанскими и причерноморскими шапсугами. Коэффициент корреляции между картами первого и шестого поколения достигает чрезвычайно большой величины - 0.74. Полученный результат говорит о почти невероятной устойчивости популяционной структуры генофонда – основные структурообразующие элементы генофонда сохраняются на протяжении всех шести поколений. Этот феномен сохранения генофонда объясним лишь в терминах концепции популяционных систем, когда подразделенность популяции обеспечивает ее устойчивость при возмущающих воздействиях внешней (природной или социальной) среды.

Основные черты уровня элементарных популяций: 2. Квазигенетические маркеры также являются высоко информативными, позволяя оценить изменчивость элементарных популяций не только в пространстве, но и динамику во времени. 3. Подразделенность популяционной системы шапсугов обеспечила ее устойчивость при мощных возмущающих воздействиях внешней среды – основные структурообразующие элементы генофонда сохраняются на протяжении шести поколений. 1. На уровне элементарных популяций наиболее эффективны мультиаллельные ДНК и классические маркеры. http://genofond.ru/default2.aspx?s=0&p=237