Полиморфизм митохондриальной ДНК в популяциях коренного населения Западной Сибири и восточных славян

Казаковцева, Марина Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Полиморфизм митохондриальной ДНК в популяциях коренного населения Западной Сибири и восточных славян
ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Полиморфизм митохондриальной ДНК в популяциях коренного населения Западной Сибири и восточных славян"

РГ6 од

• - •) /

На правах рукописи УДК 575.174:599.9

КАЗАКОВЦЕВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ПОЛИМОРФИЗМ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК В ПОПУЛЯЦИЯХ КОРЕННОГО НАСЕЛЕНИЯ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И ВОСТОЧНЫХ СЛАВЯН

Генетика-03.00.15

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 1998

Работа выполнена в Институте цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

кандидат медицинских наук М.И. Воевода

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущее учреждение:

Институт терапии СО РАМН, г.Новосибирск кандидат биологических наук Л.П. Осипова Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

доктор биологических наук H.H. Колесников Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

кандидат медицинских наук В.Б. Салютов НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН, г. Томск

Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, г. Москва

Защита диссертации

состоится УО 'С /¿С£>/С^€. 1998 г. на утреннем заседании диссертационного совета по защите на соискание ученой степени доктора наук (Д -002.11.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: 630090, г.Новосибирск, проспект Лаврентьева, 10.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

Автореферат разослан. 1998г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

А.Д. Груздев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Изучение полиморфизма митохондриальной ДНК является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений современных антропогенетических исследований. В настоящее время получена обширная информация о вариабельности митохондриального генома в различных этнических группах населения планеты. Особое внимание в этом отношении привлекает коренное население Северной и Центральной Азии, в связи с ключевой ролью региона в формировании древних миграционных потоков в северо-западном, восточном и северо-восточном направлениях, включая американский континент. В последнее десятилетие охарактеризованы популяции тихоокеанского побережья Юго-Восточной Азии [Wallase et ai, 1985, Schurr et al., 1990, Ballinger et al., 1992], Восточной Сибири и Дальнего Востока [Torroni et al., 1993b; Shields et al., 1993; Иванова, 1993; Малярчук и др. 1994; Сукерник и др., 1996, Деренко и др., 1996] и Центральной Азии [Shields et al., 1993; Самбуугийн и др., 1991, Kolman et al., 1996]. Имеется информация о представителях финно-угорских народов Северной Европы [Sajantila et al., 1995], и населению Западной Европы [Richards eta/., 1996]. Совокупность этих данных позволяет заключить, что митохондриальный генофонд коренного населения Восточной Сибири и Дальнего Востока, по-видимому, является относительно узкой ветвью монголоидного пула мтДНК. С другой стороны, митохондриальный генофонд коренного населения Северной Европы обладает выраженными европеоидными характеристиками с относительно небольшим присутствием вариантов, имеющих структурное сходство с восточно-сибирскими. В этой связи представляется актуальным изучение полиморфизма мтДНК в этнических фуппах коренного населения Северной Азии, географически занимающих промежуточное положение между территориями, заселенными типичными европеоидами и ярко выраженными северными монголоидами. Одним из наиболее интересных в этом отношении объектов являются представители коренных народностей севера Западной Сибири, поскольку по месту проживания, антропологическим и популяционно-генетическим характеристикам они занимают промежуточное положение меяеду указанными выше большими расовыми группами. Учитывая малочисленность этих народностей и достаточно длительный период совместного проживания в течение нескольких столетий с пришлым русским населением, для корректной интерпретации полученных

данных необходима одновременная оценка особенностей полиморфизма мтДНК и для русской популяции. Изучение русской популяции чрезвычайно важно и в плане указанной выше более глобальной перспективы сопоставления монголоидов и европеоидов Евразии, поскольку восточные славяне с одной стороны относятся к типичным представителям европеоидов, а с другой -являются самой восточной их группой, непосредственно контактирующей в течение длительного исторического периода с монголоидами. Цель работы. Основная цель работы состояла в реконструкции эволюционных особенностей митохондриального генофонда некоторых популяций населения Евразии, занимающих географически пограничное положение между европеоидами и монголоидами. Исследовались две альтернативные модели: 1) европеоидный и северо-монголоидный пулы мтДНК представляли две независимые, эволюционно отдаленные ветви на момент заселения соответствующих ареалов Евразии: присутствие сходных в структурном отношении митотипов в обеих группах является следствием более позднего межпопуляционного дрейфа; 2) европеоидный и северо-монголоидный пулы мтДНК являются дериватами единого протопула, общего на момент начала заселения соответствующих ареалов: Сходные структурные варианты являются родственными по происхождению.от общего протопула мтДНК. Задачи. В связи с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1) Оценить популяционныё особенности полиморфизма мтДНК в популяциях коренного населения севера Западной Сибири (северные селькупы, кеты) с использованием рестрикционного картирования контрольного района;

2) В пределах выявленных рестрикционных митотипов изучить первичную структуру контрольного района мтДНК путем прямого секвенирования;

3) Оценить рестрикционный полиморфизм контрольного района митохондриальной ДНК в популяциях русского населения Сибири и староверов; '

4) Провести сравнительный анализ особенностей митохондриального генофонда коренных народностей Западной Сибири и русских путем сопоставления с базами данных по другим популяциям;

5) На основе полученных данных реконструировать филогенетические взаимоотношения между популяциями восточных славян, кетов, селькупов и другими этническими группами Евразии.

Научная новизна. В работе впервые охарактеризована вариабельность контрольного района мтДНК для репрезентативных популяционных выборок двух этнических групп коренного населения Западной Сибири (кеты и селькупы) и староверов севера Сибири с использованием высокоразрешающего рестрикционного анализа. Определены нуклеотидные последовательности гипервариабельного сегмента I контрольного района мтДНК у кетов и селькупов.

Уточнены оценки уровня рестрикционного полиморфизма контрольного района мтДНК для современной популяции русских.

Впервые проведен сравнительный анализ эволюционно-генетических особенностей митохондриальных генофондов изучаемых этнических групп в глобальном евразийском контексте, включая как европеоидное, так и монголоидное население континента.

На основе полученной информации предложена новая концепция эволюции митохондриального генофонда восточных славян и коренного населения Западной Сибири.

Научно-практическое значение. Молекулярно-генетическая характеристика популяций селькупов, кетов, староверов и русских Сибири по данным о полиморфизме мтДНК является важным вкладом в сумму знаний об особенностях генофондов коренного населения Северной Азии и Восточной Европы и служит важным фактическим дополнением к информации о миграционных потоках и заселению' Евразийского континента. Полученные результаты имеют междисциплинарное значение и могут быть использованы как в генетике человека, так и в антропологии, этнографии, археологии и истории. Апробация работы. Основные результаты работы были .представлены на Международной научной конференции «Современные концепции эволюционной генетики» (Новосибирск, 1997); на межлабораторном семинаре лабораторий клеточной биологии, ультраструктуры клетки, молекулярной цитогенетики, биохимической генетики животных, цитогенетики животных и человека и отдела молекулярной генетики Института цитологии и генетики СО РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа

изложена на 146 страницах машинописного текста и включает 21 таблицу, и 7 рисунков. Список литературы содержит 137 источников, в том числе 26 публикаций на русском языке.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обзор литературы состоит из трех разделов. Рассматривается структурно-функциональная характеристика митохондриального генома человека, а также современные подходы к анализу вариабельности мтДНК в антропогенетических исследованиях. Описываются основные результаты исследования полиморфизма мтДНК в различных этнических группах Евразии. В заключение представлены этно-исторические сведения об изучаемых популяциях.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Анализ полиморфизма мтДНК проведен на выборках северных селькупов (130 человек), проживающих в Тюменской области и Красноярском крае; кетов (22 человека), жителей поселка Суломай, Красноярского края; староверов (131 человек), жителей п. Бурный, Красноярского края и Исетского района Тюменской области; русских Сибири, выходцев из различных регионов страны, имеющих восточно-славянское происхождение.

Для айапиза полиморфизма мтДНК использованы следующие методы: выделение тотальной ДНК из крови; амплификация контрольного района (позиции по Кембриджской последовательности) и V района мтДНК с последующим рестрикционным анализом этих участков 6-ю эндонуклеазами: Avail, ВатН\, EcoFN, Haelll, Крп\ и Rsal; прямое секвенирование гипервариабельного сегмента I контрольного района (16000-16400 нп); филогенетический анализ полученных данных.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИМОРФИЗМА РЕСТРИКЦИОННЫХ САЙТОВ

В данном разделе приводится информация о рестрикционном полиморфизме контрольного района и V района мтДНК в обследованных этнических группах. Среди всех обследованных индивидов вариабельными оказались 14 рестрикционных сайтов анализируемого фрагмента контрольного района (таблица 1). В популяции селькупов наибольшая вариабельность обнаружена для сайта Крп\ 16129, отсутствие которого было выявлено почти у

трети обследованных. Уровень полиморфизма по всем другом сайтам не превышал 3,1%. Обнаружен полиморфизм сайта Ауа\1 8249 и полное отсутствие "азиатской" делеции V района. В выборке кетов было выявлено 2 полиморфных сайта - Крп1 16129 и НаеШ 16398, а также отсутствие "азиатской" делеции V района. В двух выборках староверов и русских Сибири полиморфными оказались 13 сайтов.

Таблица 1. Характеристика вариабельности полиморфных сайтов й-петли

мтДНК в популяциях селькупов, кетов, староверов и русских Сибири

ИССЛЕДОВАННЫЕ ПОПУЛЯЦИИ

ФЕРМЕНТЫ СЕЛЬКУПЫ, КЕТЫ, СТАРОВЕРЫ, РУССКИЕ

РЕСТРИКЦИИ п=130 п=22 п=131 СИБИРИ, п=126

частота % частота % частота % частота %

АуэН

8249/+/ 2.0 (0.01)* 0,0 - 5.6 (0.02)

163901-1 3.1 (0.02) 0,0 5.3 (0.02) 4.8 (0.02)

ВатН\

16389 /+/ 2.3(0.01) 0,0 3.8 (0.02) 3.2 (0.02)

ЕсоГЛ/

16274/+/ 1.5(0.01) 0,0 6.9 (0.02) 6.4 (0.02)

Нае III

162541+1 0,0 0,0 0,0 1.6(0.01)

16398/+/ 0.8(0.01) 9.1 (0/06) 3.1 (0.02) 7.1 (0.02)

16456 /-/ 1.5 (0.01) 0,0 0,0 0,0

Крп\

16049/-/ 3.1 (0.02) 0,0 0,0 0,0

16129/-/ 29.2 (0.04) 4.6 (0.04) 12.2 (0.03) 10.3(0.03)

Иьа!

16048/-/ 3.1 (0.02) 0,0 0,0 0,0

16125/-/ 1.5(0.01) 0,0 16.8(0.03) 7.9 (0.02)

16208/-/ 0,0 0,0 0.8 (0.01) 1.6 (0.01)

16303 Ы 0.77(0.01) 0,0 6.9 (0.02) 10.3 (0.03)

16310/-/ 0,0 0,0 14.3 (0.03) 7.1 (0.02)

16329/-/ 0.77 (0.01) 0,0 0.8(0.01) 1.6(0.01)

делеция /+/ 0,0 0,0 • 0,0 0,0

Отдельные выборки староверов и русские Сибири достоверно не различались меэду собой по распределению частот вариантов полиморфных сайтов. В то же время они значимо отличались от северных селькупов и кетов (р<0.05).

Проведено сопоставление по частотам рестрикционных сайтов в исследованных. популяциях со всем массивом данных по современному населению Евразии.

Популяция северных селькупов по одним рестрикционным сайтам (/?ва! 16208, 16303, 16310) обнаруживает большее сходство с этническими группами

Северной Азии [Малярчук и др., 1994; Torroni et al., 1993(b)], по другим (Rsal 16048, Крп\ 16049,16129, Haelll 1639S) отличается от них и оказывается ближе к популяциям Восточной и Центральной Азии и некоторым выборкам европейцев [Kolman et al., 1996; Vigilant et a!., 1991; Horai et al., 1996; Richards et al., 1996;Corte-Real et al., 1996; Pult et al., 1994; Calafell et al., 1996]. Таким образом, в митохондриальном генофонде селькупов отмечаются черты сходства как с более восточными этническими группами Северной Азии, так и с центрально-азиатскими популяциями и с некоторыми группами европейцев. Это обстоятельство свидетельствует, о .своеобразии митохондриального генофонда северных селькупов в ряду этнических групп коренного населения Северной Азии и, по-видимому, о поликомпонентности его состава. Для кетов в связи с малым размером выборки по большинству сайтов сравнительный анализ не проводился.

Учитывая уникальность обследованной группы староверов для оценки направления эволюции генофонда восточных славян, проведено сопоставление уровня полиморфизма по изучаемому району мтДНК у староверов с обследованными на сегодняшний день выборками восточных славян, в которые вошли русские Сибири (данное исследование), русские центральных и южных областей России [Петрищев и др., 1993], восточные славяне Магадана [Мапярчук и др., 1994, Деренко и др., 1996], и населением Европы [Richards et al., 1996; Torroni et al., 1994b; Cann et al., 1987; Johnson et al., 1983].

Проведенное рассмотрение позволяет сделать следующие заключения; 1) в настоящее время для популяции русских получены устойчивые оценки уровня полиморфизма по большинству сайтов рестрикции, проанализированных в настоящем исследовании, исходя из отсутствия достоверных различий распределений частот мехеду всеми выборками восточных славян; 2) распределение частот вариантов рестрикционных сайтов специфически выделяет русских из обобщенного европейского пула мтДНК (в частности по сайтам EcoRV 16274, Kpnl 16129, Haelll 16398) (таблица 2). 3) Состояние разнообразия мтДНК в объединенной выборке староверов в целом, по-видимому, ближе к его уровню в предковой русской популяции, чем в современных выборках русских, так как по частотам некоторых сайтов староверы ближе к популяциям Центральной Европы, чем современные русские. В первую очередь это касается сайта Rsa16125.

Таблица 2. Сравнительные данные по ПДРФ мтДНК в выборках европеоидного происхождения

Сайты рестрикции СТАРОВЕРЫ РУССКИЕ СИБИРИ РУССКИЕ Ц. И Ю.РОССИИ ОСТОЧНЫЕ СЛАВЯНЕ ЕВРОПА

N % (п) N %(п) N %(п) N % (п) N % (п)

ЕсоНУ 16274 НаеШ 16398 Крп1 16129 131 131 131 6.9(0.02) 3.1(0.02) 12.2(0.03) 126 126 126 6.4 (0.02) 7.1 (0.02) 10.3 (0.03) 122 122 122 8.9 (0.03) 7.3 (0.02) 14.8 (0.03) 71 71 71 14.1 (0.04) 5.6 (0.03) 7.0 (0.03) 520 175 520 1.9(0.01) 1.7(0.01) 4.8(0.01)

В заключение следует отметить, что все сайты, проанализированные в данной работе, встречаются практически во всех популяциях Евразии и, таким образом, характеризуют качественную однородность полиморфизма, возникшую до формирования основных таксономических подразделений популяции человека в Евразии. Последующая эволюция митохондриальных генофондов в пределах расовых групп и популяций различных регионов Евразии была связана главным образом с изменением частотных характеристик полиморфизма. Древняя природа полиморфных вариантов рестрикционных сайтов была подтверждены и в ходе анализа характера замен, обусловливающих анализируемый полиморфизм в различных этнических группах и регионах Евразии. Практически во всех случаях во всех популяциях в основе полиморфизма лежать одинаковые замены1 в идентичных позициях.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА МИТОТИПОВ Митотипы формировали по полному набору проанализированных рестрикционных сайтов. Всего выявлено 33 митотипа (таблица 3). Следует отметить что только три митотипа являются общими для всех 5 обследованных выборок. Представленность отдельных митотипов в обследованных группах значительно варьирует, от 0.77% до 61.54% у селькупов и от 4.55% до 86.36% у кетов.

Следуя классификации Петрищева и др., 1993, среди митотипов были выделены основной, часто встречающиеся (частота > = 2%) и редкие (частота < 2%)]. Основным митотипом для всех регионов и этнических групп, использованных для сравнения, за исключением Африки, является митотип соответствующий Кембриджской последовательности! Его частота в

исследованных нами выборках варьирует от 48.41% в выборке русских Сибири до 86.36% у кетов.

Таблица 3. Частоты митотипов мтДНК в популяциях селькупов, кетов,

староверов и русских Сибири

ПОПУЛЯЦИИ

N митотипы Селькупы Кеты Староверы Русские

Сибири

N=130 N=22 N=131 N=126

1 * 61,5(0.04) 86,4(0.07) 54.2(0.04) 48,4(0.04

2 16125b 1,5(0.01) 0,0 9.9(0.03) 5,6(0.02)

3 16129с 23,9(0.04) 4,6(0.04) 11.5(0.03) 7,1(0.02)

4 16208b 0.0 0,0 0.8(0.01) 1,6(0.01)

5 16254е 0,0 0,0 0,0 1,6(0.01)

6 16274d 3,8(0.02) 0,0 2.3(0.01) 4.0(0.02)

7 16303b 0,8(0.01) 0,0 2.3(0.01) 8,7(0.03)

8 16310b 0,0 0.0 9.2(0.03) 6,4(0.02)

9 16329b 0,8(0.01) 0,0 0,0 0,8(0.01)

10 16390a 0,0 0,0 1,5(0.01) 0,8(0.01)

11 1б398е 0,8(0.01) 9,1(0.06) 1.5(0.01) 5,6(0.02)

12 16456e 0,8(0.01) 0,0 0,0 0,0

13 16125b, 16303b 0,0 0,0 3.8(0.02) 0,0

14 16129c,16274d 0,8(0.01) 0.0 0,0 0,0

15 16274d, 16125b 0,0 0,0 0.8(0.01) 0,0

16 16398e,16310b 0,0 0.0 0,8(0.01) 0,0

17 16129c,16310b 0,0 0,0 1.5(0.01) 0,0

18 16048b, 16049c 0,0 0,0 1.5(0.01) 0,0

19 16398e,16129c 0,8(0.01) 0,0 0.8(0.01) 0,8(0.01)

20 16274d,16310b 0,0 0,0 3.1(0.02) 0,8(0.01)

21 16125b,16129c 0,0 0,0 0,0 1,6(0.01)

22 16389f,16390a 0,8(0.01) 0,0 0,0 2,4(0.01)

23 16274d, 16329b 0,0 0,0 0,0 0,8(0.01)

24 16398e,16303b 0,0 0,0 0,0 0,8(0.01)

25 16390a,16125b 0,0 0,0 0,0 0,8(0.01)

26 16274d,16303b 0,0 0,0 0,0 0,8(0.01)

27 16048b,16049c,16129c 1,5(0.01) 0,0 0,0 0,0

28 16125b,16129c,16303b 0,0 . 0,0 0.8(0.01) 0,0

29 16129c,16390a,16456e 0,8(0.01) 0,0 0.0 0,0

30 16389f,16390a,16129c 0,0 0,0 2,3(0.01) 0,0

31 16389f,16390a,16303b 0,0 0,0 0.8(0.01) 0,0

32 16389f,16390a,16129c,16310b 0,0 0,0 0,0 0,8(0.01)

33 16389f,16390a,16048b,16049c,16129c 1,5(0.01) 0,0 0,0 0,0

Примечание: '-Кембриджская последовательность [Anderson et al., 1981]; a -Avail,

Ь-Ква!, с-Крп1, с1-ЕсоИ\/, е-НаеШ, МЗатШ; в скобках дана стандартная ошибка

К часто встречающимся вариантам у селькупов и кетов относятся 2 митотипа. У староверов Бурного выявлено 9 митотипов, у староверов Исетского района - 6 митотипов, у русских Сибири - 7 митотипов. К часто встречающимся митотипам, характерным для европейцев, относится митотип с заменой в

позиции 16125. Его частота у европейцев варьирует от 10% в Южной Европе до 21.5% в Западной Европе. Митотип с заменой в позиции 16129 наиболее характерен для выборок азиатской части материка и частота его варьирует от 28.47% у селькупов до 8% на Ближнем Востоке.

У селькупов и староверов выявлено 11 редких митотипов и у русских Сибири редкими являются 12 митотипов. Редкие митотипы селькупов обнаруживаются в популяциях Африки, Восточной Азии, Индии, Южной Европы, восточных славян и Ближнего Востока. Наибольшее число редких вариантов, обнаруженных в восточно-славянской выборке, также обнаруживаются в европейских популяциях.

Как и в случае распространенных вариантов, редкие митотипы присутствуют в значительном числе регионов мира в популяциях, различающихся этнической принадлежностью. Это обстоятельство в сочетании с однотипностью обусловливающих их нуклеотидных замен, также позволяет рассматривать их, как варианты мтДНК, имеющие в основной части случаев единое эволюционное происхождение в современной мировой популяции.

Формальная оценка статистической значимости различий в распределениях частот митотипов меледу анализируемыми регионами и этническими группами была проведена с помощью критерия х2- На территории материка обнаруживаются географические градиенты сходства между этническими группами, которые могут свидетельствовать о возможных глобальных миграционных потоках популяции человека, связанных с формированием исходного этнического состава различных регионов континента. Особенно интересным является генетическое сходство митохондриальных генофондов евразийцев в цепочке этнических групп, пролегающей от Индии через Центральную Азию и Восточную Европу до Западной Европы. Полученный результат может свидетельствовать об этом пути заселения Европы вероятно в эпоху верхнего палеолита.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРВИЧНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ КОНТРОЛЬНОГО РАЙОНА мтДНК СЕВЕРНЫХ СЕЛЬКУПОВ И КЕТОВ При проведении секвенирования особое внимание уделяли рестрикционным митотипам, соответствующим Кембриджской последовательности, а также вариантам с сайтом 16129, составляющих основную часть рестрикционных вариантов.

У 24 селькупов выявлено 18 различных митотипов (таблица 4). Самым распространенным является митотип 1 (20.83%), соответствующий Кембриджской последовательности. Также нами был обнаружен вариант полиморфизма типа инсерция в позиции 16189п.н. Наиболее частыми заменами в выборке селькупов являются замены в позиции 16223 С-» Т (47.37%), 16298 Т С (36.82%), 16327 С-* Т (31.57%), 16134 С-> Т (21.05%).

При секвенировании контрольного района мтДНК у 10 кетов выявлено 10 различающихся митотипов (таблица 4). Наиболее частыми являются замены в позициях 16156 С Т (30%), 16192 С -> Т (30%), 16223 С -> Т (40%), 16270 С -> Т (30%) и 16298 Т -> С (30%), 16327 С->Т. Остальные замены встречены лишь в одном или двух случаях.

Таблица 4. Уникальные митотипы контрольного района мтДНК в популяциях селькупов и кетов

ггацм

1 1 111111111111 1 1 1111111 1 1 1 1 1111 1 1 1 1

в 6 ( 1 1 И 1 1 1 1 К 1 в в 6 6 6,6 в в 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

о^язщ 0 0 10 1111111111 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3

6 6 090122336178 8 8 9 1 2 3 4 4 4 б 6 6 6 7 7 9 9 1 2 2 (

1 в 7381 4 0 416919 9 9 2 9 3 2 2 6 9 6 1 3 8 0 8 18 1 2 7 6

АССТССТОСАССАТ САСССАТССТССССТТАСТ

га . . т . . . . ... с в Т .

№ ... с . Т .

№ ... С . Т .

17 Т . т .

св

а .СТ...Т.....

св •ОТ.... ... С . Т .

сю . . т . . . . ... с . Т .

С11 .....С .

С12 .....А...... . . т . . . . ... С . Т .

СП б Т. ..САТ.Т. . .

си • С. ..А. ..Т.. !! т..;; ! . . С . т .

При сопоставлении двух этнических групп было выявлено, что только два митотипа являются общими, это митотип соответствующий Кембриджской последовательности, и митотип, характеризующийся заменами 16171 и 16223. Анализ распространенности митотипов показал, что митотип с заменой 16223, выявленный у кетов, также был обнаружен в Европе, Азии, Индии и у монголов. Наиболее близкой к кетам по частоте данного варианта является азиатская выборка. Митотип, с заменами 16223 и 16298, выявленный у селькупов, ранее

был зарегистрирован только в азиатской выборке с идентичной частотой. Митотип, с заменами 16223, 16298 и 16327, обнаруженный у селькупов, отмечен в основном только в популяциях Северной Азии и является, по всей видимости, их характеристической особенностью. Наибольшая частота этого митотипа выявлена у якутов (36.4%), далее идут эвены (18.5%), эвенки (18.18%), коряки (14.3%), чукчи (4.55%), селькупы (4.17%) и минимальная частота зарегистрирована у монголов (0.97%). Остальные митотипы, выявленные в исследованных популяциях, являются уникальными, у кетов их число составляет - 7, у селькупов -14.

Далее митотипы были отнесены к гаппогруппам, выделяемым в популяции человека по классификациям М. Ричардса [Richards et al., 1996] и А. Торрони [Torroni et al., 1993а]. Распространенность основных гаплогрупп в анализируемых группах и в популяциях некоторых регионов Евразии представлена в таблице 5. Гагтлогруппа I выявлена у кетов, селькупов, якутов, эвенов, в Европе, у монголов и на Алтае. Гаплогруппа И в популяциях Северной Азии выявлена только у якутов, коряков и эвенов и с низкой частотой у монголов. Наиболее представленной в Северной Азии является гаплогруппа III, которая была выявлена во всех сравниваемых популяциях. По данным М. Ричардса с соавторами [Richards et al., 1996], эта гаплогруппа является наиболее древней составляющей митохондриапьного генофонда европейцев. Наличие внутри этой гаплогруппы ряда митотипов, сходных с обнаруженными ранее в негроидных и монголоидных популяциях предполагает, что его дивергенция началась за пределами Европы и ее длительность дает верхнюю границу возраста европейской популяции. Гаплогруппа IV выявлена у селькупов, эвенов, в Европе и у монголов. Гаплогруппа V выявлена у кетов, селькупов, в Европе и у саамов. Следует отметить что у кетов данная гаплогруппа выявлена с высокой частотой и является наиболее близкой, к выявленной у саамов.

При распределении гаплогрупп согласно классификации А. Торрони [Torroni et al., 1993а], наиболее представленной является гаплогруппа С. Максимальная ее частота была выявлена у эвенов и кетов. Митотипы, не вошедшие ни в одну из 4 гаплогрупп, были обозначены как «другие». Следует отметить, что у европейцев не выявлено ни одной из 4 основных гаплогрупп, по всей видимости, это связано с тем, что данные гаплогруппы наиболее характерны для азиатской части населения.

Таблица 5. Распределение гаплогрупп в некоторых популяциях мира

Популяции/ №сЪагс1з, е( а1„ 1996 Тогтога, е1а!., 1993

Гаплогруппы I II 11А 11В III Н1А IV V А В с Р ДРУГ ие

Кеты 30 0 0 0 40 0 0 30 0 0 20 0 80

Селькупы 50 0 0 0 38 13 8 4 0 0 25 0 75

Якуты (1) 19 10 10 0 62 10 0 0 10 5 33 36 16

Коряки (1) 0 6 0 0 74 21 0 0 6 0 38 9 47

Эвены (1) 3 13 2 3 45 39 27 0 12 0 51 11 26

Европейцы (2) 62 20 12 8 5 0 7 7 0 0 0 0 100

Монголы (3) 32 2 0 1 52 12 1 0 4 10 14 19 53

Алтай (4) 50 0 0 0 31 19 0 0 6 7 6 19 62

Саамы (5) 0 27 0 0 27 5 0 41 0 0 0 27 73

Чукчи (6) 0 0 0 0 100 0 0 0 41 0 14 36 9

Эскимосы (6) 0 0 0 0 100 0 0 0 38 0 0 50 12

Примечание:1-Щеренко и др., 1997]; г-рсЬагёэ е! а!., 1997]; 3-{Ко1тап е1 а1., 1996]; 4-ГЭЫЮв й а1„ 1993]; 5-[1_аЬегто е» а!.. 1996]; 6-{Ивонова, 1993].

Таким образом, исходя из полученных данных, можно подтвердить сделанное ранее заключение о сложности и многомпонентности митохондриального генофонда популяций кетов и селькупов. Обращает на себя внимание широкая представленность древних гаплогрупп европейцев и в особенности Кембриджской последовательности в популяциях кетов и селькупов. С другой стороны вариант Крп1 16129 соответствует типично североазиатской гаппогруппе С, ее частота составляет 12.5% в популяции селькупов. В популяции кетов эта замена не выявлена, но обнаружены другие две замены 16298 и 16327, которые также являются характеристической особенностью северо-азиатской гаплогруппы С.

4. ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Частотные характеристики митотипического разнообразия популяций различных регионов Евразии были ислопьзованы для построения деревьев генетических взаимоотношений их митохондриальных генофондов.

Из дендрограммы 1, построенной на основе частот рестрикционных митотипов, рассматриваемых как аллельные варианты одного геномного локуса, видно, что весь диапазон евразийских этнических групп укладывается между популяциями Ближнего Востока с одной стороны и Восточной Азии с другой. Исходя из матрицы расстояний наиболее близкой

ЦЕНТРАЛЬНАЯ АЗИЯ

ВОСТОЧНАЯ АЗИЯ

СЕЛЬКУПЫ

СЕВЕРНАЯ ЕВРОПА

БЛИЖНИЙ ВОСТОК

_ СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ ЕВРОПА ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЕВРОПА ЮЖНАЯ ЕВРОПА

- СТАРОВЕРЫ

— АЛТАЙЦЫ ФИННО-УГРЫ

- РУССКИЕ СИБИРИ

РИСУНОК 1 . 'ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ДЕРЕВО ДЛЯ ПОПУЛЯЦИЙ ЕВРОПЫ, ЦЕНТРАЛЬНОЙ И СЕВЕРНОЙ АЗИИ И БЛИЖНЕГО ВОСТОКА, ПОСТРОЕННОЕ ПО ДАННЫМ ЧАСТОТ РЕСТРИКИОННЫХ МИТ О ТИПОВ

к селькупам является выборка Центральной Азии. Выборка русских Сибири занимает промежуточное положение между Центральной Азией и Южной Европой, тяготея к первой. Выборка староверов находится ближе к Южной Европе. Таким образом, исходя из полученных данных видно, что группа современных русских ближе к центрально-азиатским выборкам, чем староверы севера Сибири.

На рисунке 2 представлена дендрограмма построенная на основании первичных последовательностей контрольного района мтДНК. Отдельную ветвь образовали сибирские эскимосы и чукчи. Далее отделяются коряки, эвены и якуты. Монголы расположились между двумя этими группами. Болгары и Восточные славяне также образовали отдельную ветвь и наиболее близкими к ним оказались финно-угры. Близкими к селькупам являются выборки кетов, алтайцев, монголов, Сибирских финно-угров и Восточных славян. Наименьшие генетические расстояния выявлены между кетами и селькупами.

-БОЛГАРЫ

-I— ВОСТОЧНЫЕ СЛАВЯКИ

- СИБ. ФИННО-УГРЫ

1 КЕТЫ

I- СААМЫ

•СЕЛЬКУПЫ

_АЛТАЙЦЫ

|-КОРЯКИ

I- ЭВЕНЫ

-'ЯКУТЫ

— монголы

ста, эскимосы

- ЧУКЧИ

РИСУНОК2. ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ДЕРЕВО ДЛЯ ПОПУЛЯЦИЙ ЕВРОПЫ, ЦЕНТРАЛЬНОЙ И СЕВЕРНОЙ АЗИИ, ПОСТРОЕННОЕ ПО ДАННЫМ СЕКВЕНИРОВАНИЯ ПЕРВИЧНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученная в результате настоящего исследования информация позволяет сформулировать некоторые принципиально новые положения об эволюции митохондриального генофонда евразийцев. До настоящего времени наиболее детальные обобщения по этому вопросу проводились раздельно для основных расовых групп и регионов континента без объединения в единую эволюционную схему. Очевидно, проведение целостного сравнительного анализа в масштабе материка было невозможным без оценки полиморфизма митохондриального генофонда в европеоидных популяциях Восточной Европы и этнических группах коренного населения Северной Азии.

Ранее, были получены различающиеся оценки частот по ряду рестрикционных сайтов для русской популяции. С учетом этих обстоятельств рассмотрение третьей выборки позволило получить устойчивые оценки рестрикционного полиморфизма, характеризующего митохондриапьный генофонд русской популяции.

Промежуточное положение русских между европейцами и Центральной Азией может рассматриваться как результат двух альтернативных эволюционных сценариев. По первому, наблюдаемое относительное положение русской популяции в Евразии определяется ее происхождением и своими эволюционными корнями уходит к истоку формирования европейцев. По второму сценарию предки восточных славян могли быть существенно ближе к центрально-европейским популяциям, а затем в процессе расселения на территории Восточной Европы ассимилировать значительную часть автохтонных племен и народностей. В пользу второго сценария по данным настоящей работы свидетельствует относительно большая близость к Центральной и Западной Европе обследованных выборок староверов, сохранивших исходное состояние митохондриального генофонда восточных славян. Первичное заселение Европы, наиболее вероятно, происходило через территорию Восточной Европы, и современное население региона, включая как славянские, так и финно-угорские народности, несколько ближе к протопопуляции по состоянию разнообразия митохондриального генофонда.

Для коренного населения Северной Азии характерно сужение спектра рестрикционных митотипов относительно других евразийских популяций на фоне увеличения частоты некоторых специфических вариантов. Наиболее яркой находкой, по данным секвенирования, явилось выявление высокой частоты Кембриджской последовательности у северных селькупов. Этот факт существенно изменяет представления о европейском происхождении собственно Кембриджской последовательности, основанные прежде всего на ее отсутствии и низкой частоте за пределами Западной, Центральной и Южной Европы. По результатам рестрикционного анализа и секвенирования отмечается постепенный географический градиент снижения частоты одних гаплогрупп и увеличение других в направлении запад - восток. Такой характер распределения гаплогрупп возможно свидетельствует об определенном географическом градиенте частот вариантов митохондриального генофонда в протопопуляции

Евразии и последующем радиальном распространении на северо-запад, север и' северо-восток с поддержанием этого градиента в популяциях - потомках. В связи с этим представляется высоковероятным, что протопопуляция не характеризовалась законченной дифференциацией европеоидного и монголоидного типов, которые в их наиболее ярком виде являются следствием последующей дивергенции. Промежуточное и по генетическим параметрам, и по антропологическим признакам положение кетов и селькупов, наряду с рядом других представителей уральской расы, является не следствием метисации, а унаспедованности предкового состояния протопопуляции.

ВЫВОДЫ

1. При исследовании популяций северных селькупов и кетов обнаружен рестрикционный полиморфизм по 12 сайтам рестрикции контрольного района мтДНК. Наибольший уровень вариабельности выявлен по сайту Крп\ 16129 (отсутствие сайта в 29.2%) в популяции селькупов. В популяциях староверов и русских Сибири обнаружен полиморфизм для 13 сайтов рестрикции контрольного района мтДНК с наибольшим уровнем вариабельности по сайтам Kpnl 16129, Rsal 16125 и 16303 у староверов и Rsal 16303 и Kpnl 16129 у русских Сибири.

2. В популяциях северных селькупов и кетов обнаружено повышение частоты рестрикционного митотипа, соответствующего Кембриджской последовательности мтДНК (61.5% и 86.4%) и снижение представленности других рестрикционных митотипов (суммарно 38.5% и 13.6%), по сравнению со староверами и русскими Сибири.

3. По частотам рестрикционных сайтов Rsal 16208,16303,16310 популяция селькупов обнаруживает сходство с этническими группами Северной Азии, а по частотам сайтов Rsal 16048, Kpnl 16049,16129, Haelll 16398 оказывается ближе к популяциям Восточной и Центральной Азии.

4. При секвенировании 24 образцов мтДНК селькупов выявлено 18 митотипов; при секвенировании 10 образцов мтДНК кетов - 10 митотипов. Наиболее характерными особенностями митохондриального генофонда селькупов и кетов являются высокая представленность митотипа, соответствующие Кембриджской последовательности (20.8% и 10% соответственно), древней гаплогруппы III европеоидов (37.5% и 40%), а также гаплогруппы С, характерной для других этнических групп Северной Азии (25% и 20%).

5. По уровню рестрикционного полиморфизма выборка староверов обнаруживает большую близость к центрально-европейским популяциям Западной Европы, чем современное русское население.

6. Филогенетический анализ, основанный на частотах митотипов, показал, что выборка русского населения Сибири наиболее близка к южноевропейской, финно-угорской и центрально-азиатской выборкам, в то время как староверы Сибири характеризуются большей близостью к популяциям Центральной Европы.

7.Из совокупности полученных данных следует, что особенности митохондриального генофонда кетов и селькупов, вероятно, были унаследованы от евразийской протопопуляции, давшей начало как современным европеоидам, так и монголоидам.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1) А.В.Иванова. М.И.Воевода. М.А.Казаковцева. А.В.Авксентюк. Т.И.Астахова, В.П.Вибе. Т.М.Карафет. Л.П.Осипова. Д.Ф.Шилдс. Рестрикционно-делеционный полиморфизм V района митохондриальной ДНК в некоторых популяциях коренных жителей Сибири и Дальнего Востока//Генетика. 1994. Т.ЗО. N11: С.1525-1529.

2) Л.П.Осипова, М.А.Казаковцева, М.-П. Лефранк, Ж.Лефранк. Популяционно-генетическое изучение кетов поселка Суломай. Материалы Межд. Конф. «Современные концепции эволюционной генетики» Новосибирск, 1997. С.240-242.

3) Л.П.Осипова, О.Л.Посух, М.А.Казаковцева, Ю.О.Кашинская, Ю.А.Крюков, Т.В.Дынжинова, Е.А.Ивакин, Н.А.Коновалова, С.А.Петров, Ю.Г.Суховей. Особенности генофонда популяций русских старообрядцев Сибири. Материалы Междунар. Конф. «Современные концепции эволюционной генетики» Новосибирск, 1997, С.243-245.

4) О.Л.Посух, Л.П.Осипова, Ю.О.Кашинская, М.А.Казаковцева, Т.В.Дынжинова, Ю.А.Крюков, Е.А.Ивакин, Н.А.Коновалова, С.А.Петров, Ю.Г.Суховей. Особенности генофонда русских староверов Сибири на основе изучения полиморфизма групп крови, изоферментов и сывороточных белков. Генетика 1998 Т.34, N 4, с. 535-543.

5) Казаковцева М.А., Воевода М.И., Бабенко В.Н., Осилова Л.П. Полиморфизм рестрикционных сайтов контрольного района митохондриальной ДНК в популяциях русских староверов и пришлого славянского населения Севера Сибири II Генетика. 1998 т.34, N 4, с.544-550.

6)М.А.Казаковцева, М.И.Воевода, Л.П.Осипова. Полиморфизм митохондриальной ДНК у северных селькупов II Генетика. 1998 т.34, N 3, с. 416-422.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Казаковцева, Марина Александровна, Новосибирск

/"А-/ / / //

/ / ■ . . — / *у .

РбССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ

КАЗАКОВЦЕВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ПОЛИМОРФИЗМ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК В ПОПУЛЯЦИЯХ КОРЕННОГО НАСЕЛЕНИЯ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И ВОСТОЧНЫХ СЛАВЯН

ГЕНЕТИКА-03.00.15

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: к.м.н. Воевода М.И.

к.б.н. Осипова Л.П.

Новосибирск-1998

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

мтДНК - митохондриальная ДНК н.п. - нуклеотидные пары

ПДРФ - полиморфизм длин рестрикционных фрагментов

ПЦР - полимеразная цепная реакция

сШТР - дезоксинукпеозидтрифосфаты

ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота

БОБ - додецилсульфат натрия

Taq'П0лимepaзa - ДНК-полимераза ТИегтиэ Адиайсиэ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12

1.1. Анализ полиморфизма митохондриальной ДНК в эволюционной антропологии и популяционной генетике человека 12

1.1.1. Структурно-функциональная характеристика митохондриальной ДНК 12

1.1.2. Наследование и изменчивость митохондриального генома 14

1.1.3. Современные подходы к анализу вариабельности мтДНК в антропогенетических исследованиях 17

1.2. Современные представления об эволюции митохондриального

генофонда населения Евразии 20

1.2.1. Основные этапы изучения полиморфизма мтДНК в различных

этнических группах Евразии 20

1.2.2. Современные представления о структуре и эволюции

митохондриального генофонда европейцев 23

1.2.3. Современные представления об особенностях митохондриального генофонда населения Азии 34

1.2.4. Полиморфизм митохондриальной ДНК в популяциях Северной Азии 36

1.3. Этно-исторические сведения об изучаемых популяциях 40

1.3.1. Кеты 40

1.3.2. Селькупы 42

1.3.3. Русские 43 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 46

2.1. Сбор образцов крови 46

2.2. Выделение ДНК из крови 47

2.3. Амплификация контрольного и V районов мтДНК 49

2.4. Электрофоретический анализ полиморфизма V района мтДНК 50

2.5. Рестрикционный анализ полиморфизма контрольного района мтДНК 50

2.6. «Прямое» секвенирование контрольного района мтДНК 51

2.7. Статистический и филогенетический анализ 51 Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 54

3.1. Характеристика полиморфизма рестрикционных сайтов 54

3.1.1. Общая характеристика полиморфизма рестрикционных сайтов контрольного района мтДНК в популяциях северных селькупов,

кетов, староверов и русского населения севера Сибири 55

3.1.2. Качественное сопоставление рестрикционного полиморфизма контрольного района мтДНК староверов Сибири с данными по общей популяции русских 58

3.1.3. Полиморфизм по сайтам рестрикции контрольного района мтДНК в популяциях северных селькупов, кетов и русских в свете

данных по другим этническим группам Евразии 66

3.1.4. Анализ характера нуклеотидных замен, определяющих вариабельность исследуемых рестрикционных сайтов контрольного района мтДНК, в различных этнических группах Евразии

(по данным литературы) 77

3.2. Характеристика митотипов 86 3.2.1. Сравнительный анализ митотипов в некоторых регионах и

этнических группах мира 90

3.3. Характеристика первичных последовательностей контрольного

района мтДНК 106

3.3.1. Характеристика вариабельности контрольного района

мтДНК в популяциях селькупов и кетов 106

3.3.2. Сравнительный анализ частот гаплогрупп и попарных нуклеотидных различий контрольного района мтДНК в популяциях Европы, Центральной и Северной Азии 110 3.4. Статистический и филогенетический анализ 115 Глава 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126 ВЫВОДЫ 131 ЛИТЕРАТУРА 133

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Изучение полиморфизма митохондриальной ДНК является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений современных антропогенетических исследований. В настоящее время получена обширная информация о вариабельности митохондриального генома в различных этнических группах населения планеты. В связи с ключевой ролью в формировании древних миграционных потоков в северо-западном, восточном и северо-восточном направлениях, включая американский континент, особый интерес вызывают коренные этнические группы Северной и Центральной Азии. С использованием нескольких методических подходов к анализу полиморфизма мтДНК (тотальное рестрикционное картирование всего митохондриального генома [Cann, Willson, 1983; Jonson etat., 1983; Wallace etat., 1985; Torroni et at., 1992], рестрикционный анализ контрольного района [Wallace et а!., 1987, 1989; Самбуугийн и др., 1991; Петрищев и др., 1993; Малярчук и др., 1995; Деренко и др., 1996], прямое секвенирование контрольного района [Horai et al., 1990, 1993; Stoneking et al., 1991; Shields et al., 1993]), к настоящему времени детально охарактеризованы популяции коренного населения тихоокеанского побережья Азии [Wallase et al., 1985; Schurr; et al., 1990; Ballinger et al., 1992], Восточной Сибири [Torroni et al., 1993b; Shields et al., 1993; Иванова, 1993; Малярчук и др. 1994; Сукерник и ф.,1996] и Центральной Азии [Shields et al., 1993; Самбуугийн и др., 1991]. Имеется обширная информация о представителях финно-угорских народов Северной Европы, включая Поволжье, и о европеоидном населении Западной Европы. Совокупность полученных данных позволяет заключить, что митохондриальный генофонд коренного населения Восточной Сибири и Дальнего Востока, по-видимому, является относительно узкой ветвью монголоидного пула мтДНК. Почти все составляющие его группы митотипов удается обнаружить в существенно более гетерогенных пулах мтДНК современных

монголоидов Центральной и Восточной Азии, хотя и при относительно низкой их представленности. Митохондриальный генофонд коренного населения Северной Европы (саамы, карелы, финно-угры) обладает выраженными европеоидными характеристиками с относительно небольшим присутствием вариантов, имеющих структурное сходство с восточно-сибирскими. В этой связи представляется актуальным изучение полиморфизма мтДНК в этнических группах коренного населения Северной Азии, географически занимающих промежуточное положение между территориями, заселенными в прошлом типичными европеоидами и ярко выраженными северными монголоидами. Такие данные позволят получить целостное представление об эволюционных взаимоотношениях монголоидного и европеоидного пулов мтДНК, истории заселения Евразии и формировании современного состояния генофонда евразийцев. Одним из наиболее интересных в этом отношении объектов являются представители коренных народностей севера Сибири, поскольку по месту проживания, антропологическим и популяционно-генетическим характеристикам они занимают промежуточное положение между указанными выше большими расовыми группами. Далее следует отметить, что, учитывая малочисленность этих народностей и достаточно длительный период совместного проживания в течение нескольких столетий с пришлым русским населением, для корректной интерпретации полученных данных необходима одновременная оценка особенностей полиморфизма мтДНК и для русской популяции. Изучение русской популяции чрезвычайно важно и в плане более глобальной перспективы сопоставления монголоидов и европеоидов Евразии, поскольку восточные славяне, с одной стороны, относятся к типичным представителям европеоидов, а с другой - являются самой восточной их группой, непосредственно контактирующей в течение длительного исторического периода с монголоидами.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Основная цель работы состояла в реконструкции эволюционных особенностей митохондриального генофонда некоторых популяций населения Евразии, занимающих географически пограничное положение между европеоидами и монголоидами. Исследовались две альтернативные модели: 1) европеоидный и северо-монголоидный пулы мтДНК представляли две независимые, эволюционно отдаленные ветви на момент заселения соответствующих ареалов Евразии: присутствие сходных в структурном отношении митотипов в обеих группах является следствием более позднего межпопуляционного дрейфа; 2) европеоидный и северомонголоидный пулы мтДНК являются дериватами единого протопула, общего на момент начала заселения соответствующих ареалов: сходные структурные варианты являются родственными по происхождению от общего протопула мтДНК.

ЗАДАЧИ. В связи с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1) Оценить популяционные особенности полиморфизма мтДНК в популяциях коренного населения севера Западной Сибири (северные селькупы, кеты) с использованием рестрикционного картирования контрольного района;

3) Оценить рестрикционный полиморфизм контрольного района митохондриальной ДНК в популяциях русского населения Сибири и староверов;

5) На основе полученных данных реконструировать филогенетические взаимоотношения между популяциями восточных славян, кетов, селькупов и других этнических групп и регионов Евразии.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В работе впервые охарактеризована вариабельность контрольного района мтДНК для репрезентативных выборок двух этнических групп коренного населения Западной Сибири (кеты и селькупы) и староверов севера Сибири с использованием высокоразрешающего рестрикционного анализа. Определены нукпеотидные последовательности гипервариабельного сегмента I контрольного района мтДНК у кетов и селькупов.

Уточнены оценки уровня рестрикционного полиморфизма контрольного района мтДНК для современной популяции русских. Проведен анализ полиморфизма мтДНК в относительно изолированных популяциях староверов севера Сибири, позволивший оценить основные тенденции эволюции митохондриального генофонда восточных славян.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Молекулярно-генетическая характеристика популяций селькупов, кетов, староверов и русских Сибири по данным о полиморфизме мтДНК является важным вкладом в сумму знаний об особенностях генофондов коренного населения Северной Азии и Восточной Европы и послужит важным фактическим дополнением к информации о миграционных потоках и заселению Евразийского континента. Полученные результаты имеют междисциплинарное значение и могут быть использованы как в генетике человека,

так и в антропологии, этнографии, археологии и истории. Результаты проведенной работы представляют основу для дальнейших медико-генетических исследований в районах Сибири и Севера.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы были представлены на Международной научной конференции «Современные концепции эволюционной генетики» (Новосибирск, 1997); на межлабораторном семинаре лабораторий клеточной биологии, ультраструктуры клетки, молекулярной цитогенетики, биохимической генетики животных, цитогенетики животных и человека и отдела молекулярной генетики Института цитологии и генетики СО РАН.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста и включает 21 таблицу и 7 рисунков. Список литературы содержит 137 источника, в том числе 26 публикаций на русском языке.

Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям Л.П. Осиповой и М.И. Воеводе, а также научным сотрудникам, участвовавшим в сборе образцов крови, первичной генетической информации и обсуждении полученных данных: О.Л. Посух, Т.М. Карафет, В.П. Вибе, А.Л. Шкапенко, Ю.А. Крюкову, Е.А. Ивакину. Автор глубоко признателен А. Г. Ромащенко за предоставление экспериментальной базы для проведения исследований и В.Н. Бабенко за проведение математической обработки полученных результатов. Автор выражает

благодарность Захарову И.К. за участие в обсуждении полученных результатов и ценные замечания при подготовки диссертации.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. АНАЛИЗ ПОЛИМОРФИЗМА МИТОХОНДРИАПЬНОЙ ДНК В ЭВОЛЮЦИОННОЙ

АНТРОПОЛОГИИ И ПОПУЛЯЦИОННОЙ ГЕНЕТИКЕ ЧЕЛОВЕКА 1.1.1. Структурно-функциональная характеристика митохондриальной ДНК

Структура митохондриального генома человека подробно изучена в 80-х годах нашего столетия. Митохондриальная ДНК представляет собой кольцевую молекулу размером 16569 н.п. [Anderson et al., 1981], находящуюся в сверхспирализованном состоянии. мтДНК кодирует 13 структурных генов окислительного фосфорилирования, два гена рибосомальной РНК (рРНК) и 22 гена транспортной РНК (тРНК), необходимых для экспрессии структурных генов. Из 13 белков, кодируемых мтДНК, 12 являются субъединицами ферментативных комплексонов, тогда как функция 13-го белка пока неизвестна [Macreadie et al., 1983; Michael et al., 1984; Chomin et al., 1985] (рис1). Две цепи мтДНК отличаются по нукпеотидному составу. Тяжелая (Н) цепь содержит в основном гуанозиновые остатки, в то время как легкая (L) цепь - остатки цитозина.

Можно выделить четыре структурных характеристики, являющихся специфическими для мтДНК млекопитающих:

1. Высокая компактность укладки генов: многие гены расположены вплотную друг к другу, а имеющиеся межгенные промежутки состоят из одного или нескольких нуклеотидов. В ряде случаев обнаружено перекрывание генов [Anderson etal, 1981];

2. Отсутствие интронов в структурных генах;

3. Регулярное чередование тРНК-генов и структурных генов;

, Complex I genes I (NADH dehydrogenase)

¡Complex IV genes (cytochrome с oxidase)

Complex Ш genes (ubiguinol: cytochrome с [ ] Transfer RJN"A genes oxidoreductase)

Complex V genes (ATP synthase

[ ] RibosomalRNA genes

Рисунок 1. Строение молекулы митохондриальной ДНК человека

О-промотор репликации тяжелой цепи; СЭВ ММ-консервативные блоки; Р|_ -промотор транскрипции легкой цепи; Рн- промотор транскрипции тяжелой цели; V -мРНКФен; у _ мРНК*ш; 1 _ мРНКлей( которь[й также содержит терминатор

транскрипции; I - мРНКилей; О - мРНКгли; М - мРНКмет; - мРНКтрпт; А - мРНКала; N -мРНКасл; 0|_- промотор репликации легкой цепи; С - мРНКцис; У - мРНК™р; Э - мРНК Сер(исм); О - мРНК307; К - мРНК™3; О - мРНКгш; 1_ - мРНК лей(Сим); Е - мРНКглу; Т -мРНКтре; Р - мРНК"^0; ТАЗ - последовательность, связанная с терминацией; N01 - 6 -полипептиды [Ко<^е!п(к е? а/., 1997].

4. Концентрация большинства регуляторных последовательностей в одном участке генома (контрольный район). Отметим, что контрольный район, кроме регуляторных мотивов, содержит также последовательности, которые, по-видимому, функционально несущественны.

Контрольный район митохондриальной ДНК человека содержит промотор репликации Н-цепи и промоторы транскрипции обеих цепей. Он расположен между генами тРНК пролина и тРНК фенилаланина. Внутри этого района в ходе репликации формируется трехцепочечная структура - так называемая D-петля -путем синтеза короткого нового сегмента Н-цепи (7S ДНК), спаренного с родительской L-цепью. D-петля содержит промотор для Н-цепи (Р, от 545 до 567 н.п.), промотор для L-цепи (Р, от 392 до 445 н.п.) и три консервативных блока (CSB1, от 213 до 235 н.п.; CSB11, от 299 до 315 н.п.; CSB111, от 346 до 403 н.п.) [Wallace, 1989].

1.1.2. Наследование и изменчивость митохондриального генома

Секвенирование митохондриальных геномов позволило изучить не только их структурную организацию и генетическую емкость у различных организмов, но и приблизиться к выяснению путей эволюции митохондриальных генетических систем, а также происхождения митохондрий [Horai, Matsunaga, 1986; Wrischnik et al., 1987]. Важное значение анализа первичной структуры митохондриальной ДНК для эволюционных исследований определяется тем, что наследуется она только по материнской линии. Впервые прямое доказательство материнского наследование мтДНК у человека получено при анализе нескольких семей с четко различающимися рестрикционными картами мтДНК. Потомство в этих семьях показало строгое наследование картин ПДРФ по материнской линии [Giles et al., 1980]. Из материнского наследования вытекает такое свойство митохондриального генома, как отсутствие рекомбинаций. Поскольку сперматозоид млекопитающих при

оплодотворении вносит в яйцеклетку свои митохондрии, то гомогенность может иметь два объяснения: либо после оплодотворения блокируется репликация отцовских митохондрий, либо доля их настолько мала, что не может быть выявлена существующими методами [ Hutchison etal., 1974].

Типичная соматическая клетка содержит тысячи молекул мтДНК, которые, как правило, идентичны [Monnat et al., 1985]. Для человека известно только несколько случаев гетероплазмии, когда в одном организме присутствует более чем один тип митохондриальн

Информация о работе

Казаковцева, Марина Александровна
кандидата биологических наук
Новосибирск, 1998
ВАК 03.00.15

Диссертация

Полиморфизм митохондриальной ДНК в популяциях коренного населения Западной Сибири и восточных славян - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы