Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генофонд и геногеография Мари

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генофонд и геногеография Мари"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РАМН

На правах рукописи УДК 575.59е .;;

КРАВЧУК Оксана Ивановна

ГЕНОФОНД И ГЕНОГЕОГРАФИЯ МАРИ (ПО 1НЫМ ОБ ИММУНО-БИОХИМИЧЕСКОМ ПОЛИМ1 .ЗМЕ)

(03.00.15. - ГЕНЕТИКА)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1997

Работа выполнена в лаборатории экологической генетики Медико-генетического научного центра РАМН

Научный руководитель: Доктор биологических наук, профессор В.А. Спицын

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук А.Н. Петрин кандидат биологических наук О.Л. Курбатова

Ведущее научное учреждение: Институт молекулярной генетики РАН

Защита диссертации состоится X 1-> \ 997 г.

в_час. на заседании Диссертационного совета Д.001.16.01 при

Медико-генетическом научном центре РАМН (МГНЦ РАМН) (115478, Москва, Москворечье, 1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке генетики Медико-генетического научного центра РАМН

Автореферат разослан V 5" /.'/и' 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор

Л.Ф. Курило

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Этническая группа марийцев по лингвистическим данным относится к восточной вотви финно-угорских народов, локализована в бассейна среднего течения Волги. Эта этническая группа по территориальному признаку, а такжо некоторым антропологическим особенностям занимает промежуточное положение между популяциями Европы и Азии. Исследование генофонда марийцев представляет особый интерес, поскольку до последнего времени они оставались недостаточно изученными в отношении популяционно-генетической структуры.

Основными параметрами популяционно-генетического исследования являются данные о частотах генов в популяциях. Зная, как эти показатели изменяются в пространстве и времени, можно получить количественные оценки параметров, характеризующие протекание генетических процессов в популяциях под действием определенных внешних и внутренних факторов. Для оценки генетической структуры популяций человека можно использовать различные данные: демографические, характеристики частот иммунологических, биохимических и ДНК маркеров, т.н. псевдомаркеров гонов (изонимия). Недостатком метода изонимии является полифилотичность происхождения фамилий, невозможность сравнения разных этнических групп. Некоторым ограничением использования ряда биохимических маркеров для сопоставления генетической близости (удаленности) популяций является то, что они могут находятся под контролем систематических факторов (отбор). В последние годы все шире стал изучаться полиморфизм на уровне изменчивости ДНК. Многие молекулярно-генетические системы имеют ясный характер наследования, широкий полиморфизм, селективную нейтральность аллелей. Однако исследование ДНК маркеров в популяциях началось недавно, и для многих групп мирового народонаселения не накоплена еще достаточная для сопоставления информация, по сравнению с огромным массивом данных по имуно-биохимическим полиморфным системам. Поэтому

исследование иммуно-биохимического полиморфизма в популяциях человека продолжает оставаться актуальным.

Цель работы. Изучение особенностей параметров популяциопно-генегической структуры в республике Марий Эл на основе данных об иммуно-биохимическом полиморфизме.

Задачи исследования:

1. Изучить генофонд мари по обширному спектру генетических полиморфных локусов: группам крови системы ABO, гаптоглобину (HP), трансферрину (TF), группоспецифическому компоненту (GC), ингибитору протеиназ (PI), кислому гликопротеину (AHSG), субъединице В 13 фактора коагуляции (F13B), кислой эритроцитарной фосфатэзе (АСР1), фосфоглюкомугазе-1 (PGM1), глиоксалазе-1 (GL01).

2. Сравнить дифференциацию генофонда мари и некоторых народов Уральского региона по данным об иммуно-биохимических и ДНК маркерах;

3. Изучить закономерности пространственной изменчивости генных частот по изученным системам на территории Марий Эл;

4. Определить генетическое положение луговых и горных мари в системе финно-угорских этнических групп;

Научная новизна. Впервые среди народонаселения Марий Эл методами электрофореза и изоэлектрического фокусирования определены фенотипы и исследована генетическая информация на основании частот аллелей некоторых генетических локусов (кислый гликопротеин, В субьединица XIII фактора коагуляции, глиоксалаза-1, субтипы группо-специфического компонента, трансферрина, ингибитора протеиназ и фосфоглюкомутазы-1). Впервые получены данные об иммуно-биохимических маркерах для большого количества групп населения горных и луговых марийцев, что позволяет формулировать заключение о закономерностях пространственной генетической изменчивости среди народонаселения республики. Показана большая генетическая близость марийской популяции в целом к этносам

восточной ветви финно-язычных народов, а также к русским, нежели к скандинавским финнам.

Получены первые данные о генетической подразделенности марийской популяции на разных иерархических уровнях.

Научно-практическая значимость работы.

1. Данные о генетической подразделенности изученной популяции дают возможность в дальнейшем исследовать зависимость характера наследственной патологии от особенностей ее генетической структуры.

2. Информация о своеобразии распределения генетических частот в данной этнической группе может стать полезной в практике судебно-медицинской экспертизы.

3. Результаты работы могут найти применение для решения задач формирования финно-угорских групп населения.

4. Материалы о популяционной генетике марийцев могут быть использованы в циклах лекций на биологических и медицинских факультетах.

Положения, выносимые на защиту.

1. Получена обширная информация об иммуно-биохимических генетических маркерах (группы крови ABO, гаптоглобин, трансферрин, группоспецифический компонент, ингибитор протеинаэ, субъединица В 13 фактора коагуляции, кислый HS-гликопротеин, кислая эритроцитарная фосфатаза-1, фосфоглюкомутаза-1, глиоксалаза-1) для марийской популяции.

2. Дифференциация генофонда марийцев по изученным маркерам оказалась выше (Gst = 2,39), чем у других народов Уральского региона (0,69<GSt<1,49).

3. Но обнаружено достоверных различий между доумя субэтносами: горными и луговыми мари. Генетическое разнообразие этнической группы марийцев обусловлено дифференциацией различных подгрупп луговых мари.

4. По всем исследованным маркерам для мари в целом свойственны европеоидные параметры частот генов, с незначительным включением монголоидных особенностей.

5. По своим генетическим характеристикам марийцы оказались наиболее близкими к этносам восточной ветви финно-язычных популяций, но существенно отличаются от западного кластера.

6. Дифференциация генофонда марийцев по иммунно-биохимическим и ДНК маркерам маркерам обнаруживает большое подобие.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на двух межлабораторных семинарах Института клинической генетики МГНЦ РАМН (1997). Материалы работы также представлялись на 7 конгрессе южноафриканского общества генетики человека (1997, ЮАР).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Работа изложена на 127 листах машинописного текста; состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, 5 глав, заключения, выводов и списка литературы (02 отечественные и 96 зарубежных работ). В тексте диссертации 17 рисунков и 20 таблиц.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

В качестве объектов исследования послужили выборки из коренного населения Виловатовского, Еласовского, Микряковского сельских советов Горномарийского района; Шиньшинского, Коркатовского, Весьшургинского, Семисалинского сельских советов Моркинского района; Каракшинского, Лужбелякского и Чирковского сельских советов Оршанского района; а также Сернурского и Звениговского районов республики Марий Эл (рис. 3). В Горномарийском, Моркинском и Оршанском районах сбор образцов крови производился среди населения сельской местности, в Сернурском и Звениговском - в районных центрах. В сельской местности Горномарийского района марийское население составляет 86,8%, Моркинского района - 82,7% и Оршанского - 70,3%. В п.г.т. Сернуре марийское население составляет

54,8%, в г. Звенигово - 28,9%. Горномарийский район насоляют горные мари; Моркинский, Оршанский, Сернурский и Звениговский - луговые. Горные и луговые мари достаточно изолированы друг от друга: по демографическим данным количество браков между горными и луговыми мари относительно невелико. В целом было изучено 111 горных и 397 луговых марийцев.

Сбор образцов крови производился у добровольцев марийской национальности, не связанных прямым родством. В Горномарийском, Моркинском и Оршанском районах серологический материал собирался у жителей отдельных сельских советов для того, чтобы исследовать генетическую дифференциацию населения сельских советов в пределах района.

Определение фенотипической принадлежности по сывороточным белкам и эритроцитарным ферментам. Серологический материал (по 5 мл венозной крови) был собран во время экспедиционных работ в Марий Эл за 1993-1995 годы*. Группы крови ABO определяли при помощи соответствующих антисывороток Йошкар-Олинской станции переливания крови стандартным способом во время сбора образцов крови. Далее отделяли сгустки эритроцитов от сыворотки и сохранялили образцы при -20°С. Среди населения Горномарийского, Моркинского и Оршанского районах исследовано распределение фонотипических и генных частот по 10 полиморфным системам: группам крови, сывороточным белкам, эритроцитарным ферментам (ABO, TF, GC, PI, HP с субтипами, AHSG, F13B, АСР1, PGM1, GL01). В Сернурском и Звениговском районах изучено население по 8 полиморфным системам (ABO, TF, GC, PI, HP, ACP1, PGM1, GL01). Фенотипы трансферрина и группоспецифического компонента определяли одновременно посредством изоэлектрического фокусирования

*Медико-генетические и популяционно-генетические исследования осуществлялись под руководством руководителя лаборатории генетической эпидемиологии МГНЦ РАМН, директора института клинической генетики МГНЦ РАМН, чл.-корр. РАМН Е.К. Гинтера. Выражаем признательность Е.К. Гинтеру за возможность участия в этой работе.

(ИЭФ) в 0,5 мм полиакриламидном геле (ПААГ) с иммобилизированиым градиентом рН (or рН 5,9 до рН 5,0) (Cleve et al, 1982; Gotg et al, 1983) с последующим окрашеоанием кумасси. Ингибитор протеиназ (PI) также исследовали ИЭФ в 0,5 мм агарозном геле (Frants et al, 1978) с последующим окрашеванием кумасси. Гаптоглобин разделяли элоктрофоретически в вертикальном блоке ПААГ (Altland et al, 1980). Выявление типов гаптоглобина проводили при помощи бензидиновой реакции (Smithies, Connel, 1959). Субтипы гаптоглобина определяли ИЭФ в ПААГ с предварительным разделением цепей молекулы гаптоглобина (Patzeit, Schroder, 1986). Кислый гликопротеин плазмы определялся методом ИЭФ (Kuchheuser et al, 1993) в 0,2 мм. Идентификация фенотипов осуществлялась AHSG при помощи диффузного блоттинга с anti-human-2-HS-glycoprotcin сывороткой (Bering). 13 фактор коагуляции В выявляли ИЭФ (Kuchheuser et al, 1993) в 0,2 мм ПААГ. Его фенотипы выявляли с помощью влажного электроблоттинга с анти-Р13В сывороткой (Bering). Кислую эритроцитарную фосфатазу исследовали методом ИЭФ в 0,5 мм агарозном геле (Miller et al, 1987). В качестве субстрата использовали 4-метил-умбеллиферилфосфат. Фенотипы фосфоглюкомутазы определяли путем ИЭФ в 1мм ПААГ (Прокоп, Гелер, 1991). Анализ фенотипов глиоксалазы осуществляли с помощью ЭФ в вертикальном блоке ПААГ (Спицын, 1979). Фенотипорование субтипов гаптоглобина, В субъединицы 13 фактора коагуляции и кислого гликопротеина проводилось на базе института судебной медицины (г. Магдебург, Германия).

Статистический анализ. Частоты аллелей, величина наблюдаемой и теоретической гетерозиготности, наблюдаемые и ожидаемые частоты фенотипов рассчитывали общепринятым методом (Ли, 1978; Животовский, 1983; Животовский, 1991). Достоверность различий между выборками оценивали с помощью критерия %2, который рассчитывалася при помощи программы, разработанной С.Т. Нурбаевым (МГНЦ РАМН, 1997).

Генетическую дифференциацию популяции оценивали по методу Нея (Nei,1973; Nei, 1977). Расчеты производились с помощью программы "MEGERA", разработанной под Е. В. Балановской (МГНЦ РАМН) с соавторами.

Для расчета генетических расстояний использовался метод Hen (Nei, 1972). Расчеты проводились с помощью программы, разработанной Г. И. Ельчиновой (МГНЦ РАМН).

Полученную матрицу генетических расстояний использовали для построения филогенетического древа путем выявления кластеров с помощью иерархической агломеративной процедуры, состоящей в последовательном объединении в класс сначала самых близких по генетическим расстояниям, а затем всо более отдаленных друг от друга элементов (пакет программ «Кластер», разработан В.И. Дерябиным, НИИ антропологии МГУ, 1991).

Относительный вес этно-расовых компонентов в марийской популяции рассчитывали методом аппроксимации Wanke (Schwiderkaja, 1962). Марийцы сравнивались с народами, которые исторически или территориально с ними связаны: восточными финно-язычными группами (коми, коми-пермяки, карелы, удмурты), русскими, татарами и чувашами.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАСЕЛЕНИЯ МАРИЙ ЭЛ НА ИЕРАРХИЧЕСКОМ УРОВНЕ СЕЛЬСКИХ СОВЕТОВ

Согласно полученным значениям х2. в выборках из населения всех 10 сельских советов по всем исследованным системам наблюдаемые частоты фенотипов соответствовали теоретически ожидаемым согласно правилу Харди-Вайнберга при р>0,05 и, в редких случаях, при р>0,01. Можно предположить, что микроэволюционные силы, оказывающие влияние на структуру этих популяций, не столь велики, чтобы на примере исследованных выборок можно было обнаружить нарушение равновесия Харди-Вайнберга.

Между группами населения сельских советов наблюдались различил в аллельных частотах по всем изученным локусам. Эти различия могли быть обусловлены как недостаточной репрезентативностью самих выборок (30-39 человек из каждого сельского совета), так и возможным действием генетического дрейфа ввиду малого размера самих субпопуляций.

Поскольку многие факторы популяциониой динамики (мугационный процесс, различные типы отбора, неслучайное скрещивание) могуг влияш на уровень гетороэиготности популяций, во всех сельских советах были проанализированы значения наблюдаемой (Н0) и ожидаемой (Н0) гетерозиготности. По совокупности всех кодоминангных локусов было рассчитано значение среднелокусной гетерозиготности. Оказалось, что межпопуляционная изменчивость в уровне гетерозиготности крайне низка. Во всех исследованных сельских советах, расположенных в разных частях республики Марий Эл, значение среднелокусной гетерозиготности незначительно варьировало около 0,5. Для населения всех сельских советов за исключением одного, уровень среднелокусной наблюдаемой гетерозиготности был выше ожидаемого значения этого показателя. Тем но менее, статистически значимых различий между Н0 и Не не отмечалось.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАСЕЛЕНИЯ РАЙОНОВ МАРИЙ ЭЛ

Чтобы выяснить, насколько велика генетическая подраэделенность марийцев разных районов республики, с помощью критерия %2 сраниоались выборки из 5 районов. По частотам фенотипов исследованных локусов но обнаружено статистически достоверных различий между населением Горномарийского и Моркинского, а также Горномарийского и Звениговского районов. Между группами всех остальных районов обнаружены статистически достоверные различии (р>0,05) по следующим генетическим системам: по частотам фенотипов GC между группами жителей Звениговского и Моркинского, Звениговского и Оршанского районов; TF - между населением Горномарийского и Сернурского; PI - между населением Моркинского и Оршанского, Моркинского и Сернурского, Моркинского и Звениговского; F13B - между населением Моркинского и Оршанского; PGM1 - между группами жителей всех районов (кроме Горномарийского и Моркинского; Горномарийского и Звениговского); АСР1 -между населением Моркинского и Оршанского, Моркинского и Сернурского, Моркинского и Звениговского, Сернурского и Звениговского; GL01 - между

Таблица 1.

Частоты аллелей в Горно-Марийском, Моркинском, Оршанском, Сернурском и Звениговском районах

Система, Горно- Моркин- Оршан- Сернур- Звенигов-

аллели Марийский ский ский ский ский

ABO n=111 n=140 n=109 n=76 n=72

"А 0,1555 0,1339 0,2020 0,1824 0,1390

*В 0,1502 0,2439 0,1637 0,3048 0,2136

*0 0,6944 0,6222 0,6335 0,5128 0,6474

TF П—110 n=140 n=106 П~76 n=72

*С1 0,7591 0,7929 0,7500 0,6776 0,7361

*С2 0,1182 0,1464 0,1840 0,2368 0,1111

*СЗ 0,0545 0,0321 0,0425 0,0658 0,1181

"D 0,0682 0,0286 0,0236 0,0132 0,0347

*В 0,0066

GC n=108 n=140 n=107 n=76 n=71

•1F 0,2870 0,2643 0,2944 0,3092 0,2887

*1S 0,4769 0,4893 0,4953 0,3882 0,3662

"2 0,2361 0,2464 0,2103 0,3026 0,3451

PI n=107 n —140 n=106 n=75 n=72

*M1 0,7103 0,7929 0,7925 0,7467 0,7708

*М2 0,2196 0,1821 0,1274 0,1600 0,1458

"МЗ 0,0607 0,0179 0,0708 0,0867 0,0764

"Var 0,0094 0,0071 0,0094 0,0067 0,0069

HP n=106 n=138 n=108 n-72 n=72

*1 0,3396 0,3188 0,3287 0,3611 0,2708

•2 0,6604 0,6812 0,6713 0,6300 0,7292

HP

субтипы n=106 n=138 n=108

*1S 0,3114 0,2753 0,2917

*1F 0,0283 0,0435 0,0370

*2SS 0,0109 0,0098

*2FS 0,6509 0,6703 0,6620

*2FF 0,0094

AHSG n=96 n=138 n=107

*1 0,6823 0,6786 0,7103

*2 0,3125 0,3135 0,2850

"Var 0,0052 0,0079 0,0047

F13B n=107 п-133 n=100

0,6542 0,5714 0,7100

*2 0,0794 0,0752 0,0450

*3 0,2664 0,3534 0,2400

*Var 0,0050

ACP1 rr=111 n=139 n=107 n=76 n-72

*A 0,3153 0,3273 0,3738 0,4408 0,3333

*B 0,6306 0,6403 0,5888 0,5197 0,6528

*C 0,0541 0,0324 0,0374 0,0395 0,0139

PGM1 n—106 n=140 n=104 11=64 n=53

*1 + 0,5896 0,5000 0,4231 0,5391 0,6981

•1- 0,1085 0,1179 0,2019 0,1172 0,1038

•2+ 0,2123 0,3107 0,3077 0,2266 0,1415

*2- 0,0896 0,0714 0,0673 0,1094 0,0566

GL01 n=110 n=140 П=98 n=75 n=72

*1 0,4773 0,4214 0,4592 0,4933 0,4444

-2 0,5227 0,5786 0,5408 0,5067 0,5556

населением Оршанского и Звениговского районов. Таким образом, локальные группы марийцев, проживающие в разных районах, имеют определенную генетическую гетерогенность (таб. 1). В целом, у Оршанских мари установлена большая пропорция европеоидных генов, по сравнению с Моркинскими, Звениговскими, Сернурскими и горными мари. Они характеризуются самой низкой среди марийцев частотой гена В (0,1637), Р1*М2 (0,1274), ПЗВ'З (0,2400), высокой частотой Р6МГ2 (0,3750). По некоторым антропологическим данным доля монголоидного компонента у мари Оршанского района оказывается также несколько ниже, чем у горных мари, большей части луговых и восточных мари (Марк, 1967). Напротив, моркинские марийцы из всех исследованных групп этого этноса, видимо, характеризуются наибольшим влиянием восточного характера.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРНЫХ И ЛУГОВЫХ МАРИЙЦЕВ

При сравнении генетических структур двух основных субэтнических группировок марийцев трудно проследить определенный вектор специфичности различий (таб. 2). Горные мари по сравнению с луговыми имеют более высокую частоту аллеля АСР*С и низкую частоту ПЗВ'З, что является европеоидными характеристиками (рис. 1). Но, с другой стороны, среди представителей этого же субэгноса обнаружены высокие частоты 1Т*0 и Р1*М2, что свойственно для монголоидных популяций. Необходимо отметить, что нами но было обнаружено статистически достоверных различий по частотам фенотипов исследованных локусов между горными и луговыми мари, тогда как такие различия оказались между населением различных районов луговых мари. Другими словами, генетическое разнообразие марийцев обусловлено дифференциацией различных подгрупп луговых мари, а не отличиями луговых мари от горных.

1 PGM1* 1-(0.11) 2 PGM Г 1- (0.22)

F13B*3 (0.27) HP*2FF (0.01) Ilk ABO*B Я (0Л5) У TF*D F13B* i¡ 3(0.3) « 1 ABO* В 1 (0.23) TF'D (0.03)

РГМ2 (0.22) (0.07) HP*2FF (0) PI*M2 (0.16)

Рисунок 1. Диаграммы сравнительного распределения частот некоторых

генов у горных (1) и луговых (2) мари

Таблица 2.

Частоты гонов у горных и луговых мари

Система, аллели Горные мари Луговые мари

ABO n=111 n=397

0 0,6944 0,6118

А 0,1555 0,1622

В 0,1502 0,2260

TF П=110 n=394

TF'CI 0,7591 0,7487

TF*C2 0,1182 0,1675

TF*C3 0,0545 0,0571

TF*D 0,0682 0,0254

TF*B 0,0013

GC n=108 n=394

I GC*1F 0,2870 0,2855

GC*1S 0,4769 0,4492

GC*2 0,2361 0,2652

Pl n=107 n=393

PI*M1 0,7103 0,7799

РГМ2 0,2196 0,1565

PI'M3 0,0607 0,0560

PI'S 0,0047 0,0038

PI'Z 0,0013

Система, аллели Горные мари Луговые мари

PI'Var 0,0047 0,0025

HP n=106 n=390

НР*1 0,3396 0,3205

НР*2 0,6604 0,6795

HP (субтипы) n=106 n=246

HP*1S 0,3114 0,2825

HP*1F 0,0283 0,0407

HP"2FS 0,6509 0,6667

HP*2FF 0,0094

HP*2SS 0,0102

ASH n=96 11=233

AHS*1 0,6823 0,6931

AHS*2 0,3125 0,3004

AHS'Var 0,0052 0,0064

F13B n=107 n=233

FOB* 1 0,6542 0,6309

F13B*2 0,0794 0,0622

F13B*3 0,2664 0,3047

F13B*Var 0,0021

ACP1 n=111 n=394

ACP1 "A 0,3153 0,3629

ACP1*B 0,6306 0,6053

АСРГС 0,0541 0,0317

PGM1 11=106 n=361

PGM 1*1 + 0,5896 0,5139

PGM 1*1- 0,1085 0,2147

PGM1*2+ 0,2123 0,1953

PGM 1*2- 0,0896 0,0748

PGM1 *Var 0,0014

GLOI n=110 n=385

GL01*1 0,4773 0,4494

GL01*2 0,5227 0,5506

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МАРИЙЦЕВ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИИ

Большинство популяций обнаруживают в тех или иных формах иерархически проявляющуюся подразделенность: тотальная популяция подразделяется на ряд относительно изолированных субпопуляций, каждая из которых в свою очередь оказывается также подразделенной. Формирование внутривидовой популяционной системы играет важную роль в сохранении генетического разнообразия вида, поскольку система популяций проявляет большую стабильность по сравнению с бесструктурной, пан мистической группой (Алтухов, 1995).

Если рассмотреть популяцию в целом, то в ней наблюдается эффект, подобный последствиям инбридинга в нсподразделенной популяции: доля гомозигот возрастает, доля гетрозигот падает. Кроме того, при небольшом размере субпопуляций становятся значимыми эффекты случайного дрейфа генов - случайных изменений частот гена от поколения к поколению. Случайный дрейф может вызывать большие флуктуации концентрации редких, в частности рецессивных генов, что нередко приводит к возрастанию частоты некоторых наследственных болезней, поэтому исследования генетической дифференциации популяций важны с позиций медицинской генетики.

Для оценки степени генетической дифференциации марийской популяции был использован метод Нея (№¡,1973; Ые1, 1977). Метод предполагает, чтобы все расчеты производились на основе использования данных об одних и тех же генетических частотах и все субпопуляции находились на одних и тех же иерархических уровнях. Генное разнообразие популяции оценивалось через величину Нт, которая рассчитывалась как средняя гетерозиготное!ь на локус. Величина этого показателя зависит ог частоты генов и степени полиморфное™ исследуемых локусов. Общее генное разнообразие популяции (Нт) складывается из генного разнообразия внутри субпопуляций (Ну) и генного различия между ними (Рвт), причем подавляющая часть генного разнообразия определяется внутрипопуляционной изменчивостью, а

доля межпопуляционных различий весьма незначительна. Также как на Нт, на его составляющие Нт и Dst оказывает влияние частота генов и степень полиморфизма, избежать которые можно, выражая межпопуляционное генное разнообразие в долях от общего:

Gst-DST/Ht-

Статистика Gst, эквивалентная по интерпретации Fst Райта, является мерой межпопуляционной дифференциации. Значение Gst выше в популяциях, где влияние изоляции и дрейфа генов велико. В Европе, где сильны процессы миграции и смешивания, значение его минимально. Напротив, высокой подразделенностью характеризуются, например, популяции Сибири (Рычков, Ящук, 1983).

Данные по генетической дифференциации с республике Марий Эл представлены в таблице 3. Расчеты производились по данным о частотах 18 аллелей 4 ДНК маркеров (АРОВ, 6-7г, КМ 19, D7S8) и 36 аллелей 10 иммунно-биохимических полиморфных систем (ABO, TF, GC, PI, HP, F13B, AHSG, ACP1, PGM1, GL01)*. В качестве элементарной популяции (популяции самого низкого иерархического уровня) выступали сельские советы. Эти иерархические единицы были выбраны на основе ранее проведенных исследований (Ревазов A.A. и др., 1981). Величина Gst была подразделена на компоненты, соответствующие уровню иерархической системы популяций.

Как и в других популяциях, у мари основная пропорция генного разнообразия приходится на внутрипопуляционный уровень. Различия между группами населения сельских советов оказались выше, чем между жителями районов. Из литературных данных известно: если выделить реальные уровни общности, складывающиеся в ходе исторического развития подразделенной популяции, то каждому уровню популяционной иерархии свойственны одинаковые межпопуляциопные различия (Рычков, Ящук, 1985; Рычков, Ящук,

"Данные по ДНК маркерам для сравнительного анализа были любезно предоставлены лабораторией генетической эпидемиологии МГНЦ РАМН (Руководитель: чл.-корр. РАМН Е.К.Гинтер).

1980). Принимая это во внимание можно предположить, что районы не полностью соответствуют исторически сложившийся группе популяций.

Таблица 3.

Генное разнообразие марийской популяции на разных уровнях иерархической структуры по данным об иммумо-биохимических (10 локусов: ABO, TF, GC, PI, HP, F13B, AHSG, ACPI, PGM1, GLOI) и ДНК (4 локуса: АРОВ, 6-7г, КМ 19, D7S8) маркерах

Генетическое разнообразие

Общее Внутри-популя-ционное Меж- популя- ционное сельсоветов внутри районов районов внутри республики

Нг HS Ggi«102 % от Gst % от Gst

Все маркеры 54 аллелея, 14 локусов 0,495 0,486 1,82 64% 36%

ДНК маркеры 18 аллелей,4 локуса (3 района) 0,486 0,480 1,28 70% 30%

Классические маркеры 36 аллелей, 10 локусов (3 района) 0,473 0,464 1,77 73% 27%

Классические маркеры (5 районов) 0,499 0,489 2,04 62% 38%

Следует заметить, что значения Gst, оцененное по данным об иммуно-биохимических и ДНК маркерах достоверно не различаются (р>0,01). Это соответствует литературным данным (Рычков, Балановская, 1990; Самбуугийн, 1992). Сходная пропорция Gst (70% для ДНК и 73% для классических маркеров) приходится на генетическое разнообразие между сельскими советами.

Тотальное генное разнообразие, полученное для популяции марийцев по данных о 22 аллельных частотах 7 локусов (ABO, АСР1, PGM1, TF, HP, GC, PI) оказалось сходным с таковым для некоторых финно-угорских и тюрко-язычных (чуваши, башкиры) групп Волго-Уральского региона. Однако, коэффициент генетической дифференциации (Gst) У мари существенно выше (таб. 4).

Таблица 4.

Генное разнообразие некоторых популяций Уральского региона по данным о 22 аллельных частотах 7 локусов (ABO, ACPI, PGM1, TF, HP, GC, PI).

Генетическое разнообразие

Этнос Общее Внутри-популяционное Меж-популяционное

НГ Hs Gst'102

I Чуваши 0.413 0.410 0.73

I Манси 0.392 0.388 1.04

Башкиры 0.432 0.429 0.69

Удмурты 0.385 0.380 1.49

Мари 0.415 0.406 2.39

в среднем по Уральскому региону 0.413 0.404 1.24

Поэтому важным выводом представляется факт достаточно высокой подразделенности марийской популяции в целом. Эта дифференциация оказывается более выраженной по сравнению со всеми изученными популяциями Волго-Уральского региона. Из этого следует, что изоляция и дрейф генов в этом регионе Восточной Европы являются важными микроэволюционными факторами, которые определили современное состояние генетической структуры этнической группы марийцев.

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ МАРИЙЦЕВ СРЕДИ ДРУГИХ ЭТНИЧЕСКИХ

ГРУПП

Чтобы количественно определить местоположение марийцев среди других финно-угорских групп и русских по совокупности генетической информации, был использован метод оценки генетических расстояний по Нею (Ne¡, 1972). Генетические расстояния рассчитывались в одном случае по данным о частотах 15 аллелей 6 независимых локусов: ABO, TF, HP, ACPI, PGM1, GL01 в другом - по данным о частотах 19 аллелей 7 локусов: ABO, TF, GC, PI, HP, ACP1, PGM1. Для сопоставления использовались литературные данные о генных частотах, характерных для русских, удмуртов, мордвы,

финнов, венгров, коми, коми-пермяков и манси. Полученные матрицы генетических расстояний были использованы для кластерного анализа и построения генетических древ (рис. 2). В рамке на рисунках указаны величины генетических расстояний между группами.

На двух дендрограммах все финно-угорские популяции за исключением удмуртов и манси образуют две ветви. К одной принадлежат коми-пермяки, коми-зырянами, горные и луговые мари т.о. восточные группы с большей пропорцией монголоидных признаков. Второй кластер включает западные группы (финнов и венгров), монголоидные черты для которых не прослеживаются. На второй дендрограмме (рис. 2, б) к этому же кластеру примыкает мордва, которая отличается выраженным европеоидным распределением частот многих генов (Спицын и др., 1995). Обособленное положение угро-язычных манси хорошо объясняется наибольшим влиянием монголоидного компонента в формировании этого этноса. Труднообъяснимым оказывается положение удмуртов. В целом можно отметить большую генетическую близость мари в целом к этносам восточной ветви финно-язычных популяций, чем к скандинавским финнам. На рисунке 3 приведена карта средних генетических расстояний по Ною для мари. Для каждого узла сетки рассчитано среднее на локус генетическое расстояние до среднемарийских значений. На карте области, наиболее близкие к среднемарийским значениям (наименьшие расстояния), обозначены самыми светлыми тонами, а наиболее удаленные от средних значений (наибольшие генетические расстояния) - интенсивно темными тонами. Из картографического анализа следует, что население центра республики имеет частоты генов близкие к среднемарийским значениям. В наибольшей степени от среднемарийских отличаются по частотам генов группы населения на севере, востоке и западе республики, что, видимо, можно объяснить притоком генов от соседних этнотерриториальных групп.

а) 19 аллелей

удмурты

манси

венгры

финны русские

КОМИ'

зыряне

коми-

пермяки

горные

марн

луговые

мари

1-0,0029; 2-0,0047; 3-0,0051; 4-0,0061; 5- 0,0094; 6- 0,0120; 7- 0,0150; 8 - 0,0169

б) 15 аллелей

удмурты

мордна эрзя мордва мокша

финны □енгры русские

КОМИ'

зыряне

КОМИ'

пермяки

горные

мари

лугошме

марн

1-0,0012; 2-0,0018; 3-0,0035; 4-0,0044; 5-0,0052; 6-0,0053; 7- 0,0078; 8 - 0,0407_

Рисунок 2. Дендрограмма генетического взаимоположения финно-угорских и русской популяций по результатам оценки генетических расстояний (по N01, 1972) и кластерного анализа

II' ПЯ I

У

II и > I

1 23456 7

__________¿7.0°___■Жр"_____¿3.0°__

гкш]ш№~ншш карты (x) Г " Г I ~

¿ь.0° ¿7.0° ¿8.0° ¿$.0" " 50.0°

1 .-2000000

Рисунок 3. Средние генетические расстояния марийского населения Марий Эл по данным о 10 иммуно-биохимических локусах (а) и 4 ДНК-маркерам (б).

Составители: Балановский О., Нурбаев С., Кравчук О., Спицын В. МГНЦ, лаборатория генетической эпидемиологии, РАМН

РОЛЬ МЕТИСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ФОРМИРОВАНИИ МАРИЙСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ

Оценка относительного вклада разных этнических компонентов в формирование горных и луговых мари была получена при использовании метода Wanke (Schwiderkaja, 1962) при учете финских, славянских и тюркских составляющих. В сравнительном анализе мы использовали информацию о частотах генов среди восточных финно-язычных народов (средние частоты для коми, коми пермяков, удмуртов и карелов), русских (средние частоты генов для 4 выборок локальных групп русских, имевшихся в нашем распоряжении), тюрко-язычных народов (татары и чуваши) по локусам ABO, TF, PI, HP, АСР, PGM1, GL01.

Таблица 5.

Гипотетические пропорции исходных компонентов в формировании марийской популяции по данным о 17 аплельных частотах 7 локусов

(ABO, TF, GC, HP, ACP1, PGM1, GL01)

| Горные мари Луговые мари I

Финский компонент J 44,1% 41,7%

I Чувашский компонент 23,5% 20,8%

I Татарский компонент J 15,0% 16,0%

Славянский компонент I 17,4% 21,5%

Полученные результаты приведены в таблице 5.

Различия между горными и луговыми мари невелики. Как и следовало ожидать, в марийских группах доля финского компонента преобладает, она несколько выше у горных мари. В генетической структуре горных и луговых мари пропорция татарского компонента оказалась приблизительно одинаковой. У горных мари несколько выше процент чувашского компонента, что хорошо согласуется с данными по этнографии чувашского народа. Группа северных чувашей сложилась в процессе ассимиляции древнемарийских и древнемордовских племен с булгарами-переселенцами в западных и северо-западных районах

современной территории Чувашии (Алексеев, 1964). По многим признакам горные мари особенно близки к северным чувашам. Наконец, доля славянского компонента превалирует в группе луговых марийцев.

Следует отметить, что смешение, видимо, происходило длительное время но с низкой скоростью, так как, согласно демографическим данным, количество межнациональных браков в Марий Эл невелико. Даже в последние годы, когда усилилась миграция, марийцы предпочитают вступать в однонациональные браки в своем регионе (Ельчинова и др., 1996).

ВЫВОДЫ

1. Впервые генофонд одного из финно-язычных народов -марийцев - был охарактеризован столь полно как по числу локальных изученных групп (12), так и по числу использованных иммуно-биохимических маркеров (группы крови ABO, гаптоглобин, трансферрин, группо-специфический компонент, ингибитор протеиназ, субъединица В 13 фактора коагуляции, кислый HS-гликопротеин, кислая фосфатаза-1, фосфоглюкомутаза-1, глиоксалаза-1).

2. По комплексу изученных генетических маркеров генофонд этнической группы марийцев характеризуется более высокой генетической дифференциацией (Gst = 2,39), по сравнению с другими народами Волго-Уральского региона (чуваши, манси, башкиры, удмурты). Предполагается, что не только миграционные процессы, но и дрейф генов принадлежат к тем основным микроэволюционным факторам, которые обусловили особенности генетической структуры марийской популяции.

3. Относительно высокое генетическое разнообразие марийской популяции в целом обусловлено существенной генной дифференциацией между различными подгруппами луговых марийцев.

4. При сравнительном анализе фенотипических частот в двух основных подразделениях изученного этноса не установлено

статистически значимых генетических различий между горными и луговыми марийцами.

5. Для мари, как и для других финно-язычных народов свойственны в целом европеоидные особенности в распределении частот генов с незначительным включением монголоидных характеристик.

6. Исследование генетических расстояний и кластерный анализ позволили установить значительную генетическую близость марийцев к этносам восточной ветви и существенные отличия от западной ветви финно-язычных популяций.

7. Установлено сходство в отношении межпопуляциониой дифференциации марийцев при сравнительном анализе данных по иммуно-биохимическим и ДНК маркерам.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Ельчинова Г.И., Старцева Е.А., Мамедова P.A., Кравчук О.И., Кадошникова М.Ю., Петрова Н.В., Букина A.M., Рассанов В.П., Мошкина И.С., Гинтер Е.К. Популяционная структура ГорноМарийского района республики Марий Эл. Генетика, 1995, т. 31, N 10, с. 1425-1432.

2. Кравчук О.И., Спицын В.А., Гинтер Е.К., Макаров C.B. Популяционно-генетическая характеристика горных и луговых марийцев. Генетические маркоры. Генетика, 1996, т. 32, N 4, с. 570575.

3. Кравчук О.И., Спицын В.А., Гинтер Е.К. Генетическая структура марийской популяции и ее генетическое положение в системе других финно-угорских групп населения. Генетика, 1996, т. 32, N 9, с. 1277-1286.

4. Ельчинова Г.И., Кравчук О.И., Старцева Е.А., Мошкина И.С., Рассанов В.П., Спицын В.А., Гинтер Е.К. Луговые марийцы: гены, фамилии и миграция. Генетика, 1996, т. 32, N 10, с. 1421-1422.

5. Spilsyn V. A., Kravchuk 0.1., Nurbaev S.D., Krause D., Kuchheuser W. Climate-Dependent Genetic Variation of alpha-2HS-Glycoprotein. Human biology, 1997. (in press).

/

t,