Статья: Основные черты митохондриального генофонда восточных славян

Основные черты митохондриального генофонда восточных славян

Балановский О.П., Пшеничнов А.С., Фролова С.А., Кузнецова М.А., Дибирова Х.Д., Васинская О.А., Кошель С.М., Запорожченко В., Чурносов М.И., Атраментова Л.А., Утевская О., Евсеева И.В., Тегако О., Почешхова Э.А., Микулич А.И., Виллемс Р., Балановская Е.В.

г. Москва

Основное содержание исследования

Впервые по маркерам митохондриальной ДНК проведено подробное изучение обширных выборок из генофонда восточнославянских народов: образцы ДНК 2396 тщательно отобранных представителей коренного населения из 23 популяций русских, украинцев и белорусов охарактеризованы по изменчивости ГВС1 и набору филогенетически информативных SNP маркеров.

Результаты статистического анализа показали большую степень сходства всех восточнославянских популяций друг с другом. К ним оказались очень близки и западные славяне, а также южнославянские и неславянские народы Балканского полуострова. Что же касается неславянских народов Восточной Европы, то популяции Волго-Уральского региона (волго-финские и тюркские народы), а также западно-финские народы демонстрируют отличия от генофонда восточных славян. Мы трактуем это как результат недавнего (в генетическом масштабе времени) появления восточных славян на своем нынешнем ареале. Показана гомогенность генофонда белорусов, при выявлении небольших различий между северными и южными белорусами. Обнаружено сходство генофонда украинцев с населением более северных территорий (Польши, Белоруссии и юга России). Северные русские популяции за счет интенсивной ассимиляции автохтонного населения отличаются от основной массы восточных славян.

Ключевые слова: восточнославянские народы, митохондриальная ДНК, геногеография, русские, украинцы, белорусы, генофонд

Комплексное изучение популяций восточных славян представляет важную фундаментальную проблему, новые возможности для решения которой появились благодаря бурному развитию ДНК-технологий. Изучение этногенеза и этнической истории народов традиционно проводится рядом взаимодействующих дисциплин - археологией, историей, лингвистикой, этнографией, физической антропологией. Популяционно-генетическое изучение изменчивости ДНК маркеров неотделимо от антропологических исследований, поскольку также опирается на биологическую изменчивость популяций, только имеет дело не с фенотипическими (внешними) признаками, а с ДНК маркерами. Молекулярно-генетическое изучение популяционных генофондов с каждым десятилетием занимает все более важное место в системе наук о народонаселении и решает, на наш взгляд, две задачи.

При решении первой - наиболее популярной - задачи сведения о генофонде становятся еще одним историческим источником. Например, сведения о генетическом сходстве двух соседних популяций свидетельствуют об их общем происхождении, а бесспорно доказанное генетическое сходство двух удаленных популяций является основанием для выдвижения гипотезы об имевшей место миграции.

Вторая задача является уже собственной задачей популяционной генетики: изучить структуру генофонда и закономерности ее изменения. Логически эта задача является первостепенной, поскольку только после получения и осмысления собственных данных популяционная генетика может предоставлять свои результаты и выводы в пользование смежным наукам.

В данном исследовании мы попытались решить обе задачи применительно к восточнославянским народам, подробное изучение которых является традиционным для российской науки. Но генетические данные о них на момент начала нашего исследования были представлены в мировой литературе лишь фрагментарно, и в результате огромный славянский мир, занимающий почти половину Европы, исчезал из современных знаний о генофонде населения. Из всего спектра генетических маркеров мы выбрали митохондриальную ДНК как один из наиболее эффективных инструментов современной генетики. Кроме того, мы провели сравнительный анализ и с имеющимися в литературе данными по второй информативной генетической системе - Y хромосоме, а также и генетическими системами третьего типа - аутосомными ДНК-маркерами.

В ходе предварительной работы, потребовавшей многих лет и неоднократных экспедиций, нами собраны уникальные по объему (2396 человек) и географическому охвату коллекции биологических образцов от коренного населения - русских, украинцев и белорусов. Экспериментальный анализ митохондриальной ДНК в созданных ДНК коллекциях выполнен во многом при поддержке Российского гуманитарного научного фонда и благодаря сотрудничеству с Эстонским биоцентром. Это позволило сделать митохондриальные генофонды восточнославянских народов одними из наиболее подробно изученных этнических генофондов мира. Анализ полученных данных проведен как статистическими, так и картографическими методами (созданный картографический Атлас опубликован на сайте нашего коллектива www.genofond.ru). Он позволил не только выявить строение генофонда, но и воочию увидеть его закономерности на географической карте.

Полученные данные находят широкий спектр приложений - от эколого-генетического мониторинга и судебно-медицинской экспертизы до преподавательской деятельности и популяризации научных исследований. В данной же статье анализ полученных данных проводится в основном аспекте - исторической геногеографии. Его цель - приблизиться к пониманию того, какие исторические процессы в народонаселении (в первую очередь, соотношение исторических миграций и частичной изоляции популяций) сформировали наблюдаемую картину генофонда.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Изученные выборки

В ходе исследования впервые проведено изучение генофонда восточных славян по большим выборкам из основных региональных групп русских, украинцев, белорусов. Нами исследованы тринадцать русских, пять украинских и пять белорусских популяций. В таблице 1 приведена характеристика изученных популяций. В ней (и в последующем анализе) две популяции из Западной Украины рассматриваются суммарно: увеличение объема выборки обеспечивает более высокую статистическую достоверность результатов. Суммарно нами проанализированы почти две с половиной тысячи образцов.

митохондриальный генофонд восточнославянский народ маркер

Таблица 1. Изученные популяции русских, украинцев и белорусов.

Эта огромная по меркам современной популяционной генетики выборка была дополнительно расширена за счет привлечения опубликованных данных других авторов. Сравнительно с объемами нашего исследования их немного - суммарно 360 образцов. Это: данные по двум северным русским популяциям (Belyaeva et al., 2003; Tonks et al., 2006), по населению Ростовской области (Kornienko et al., 2004; Richards et al., 2000) и белорусам Бобруйска (Behar et al., 2006). С учетом этих данных общая анализируемая выборка по восточным славянам составляет 2756 образцов.

В работах Б.А. Малярчука также проанализировано около 500 образцов из различных областей Европейской части России, но, к сожалению, недостаточно тщательная стратегия формирования этих выборок (анкетирование лишь по родителям или даже по месту рождения самого пробанда) делает их несопоставимыми с нашими данными. По сходным причинам мы не рассматриваем и 101 образец, опубликованный в работе Орехова (Orekhov et al., 1999). Две другие имеющиеся в литературе небольшие выборки (русские Магадана - 50 чел, и русские Башкирии - 83 чел) не включены в наше исследование, поскольку представляют русские популяции, проживающие за пределами исторического русского ареала. Таким образом, нами проведен тщательный скрининг литературы и отобраны популяции, способные повысить информативность проводимого исследования, но в целом наша работа основана преимущественно на собственных результатах (90% от суммарной анализируемой выборки).

Подчеркем, что принципиальной особенностью анализируемого материала является не столько его объем, сколько качество сформированных выборок и их география.

Для выявления географической структурированности восточнославянского генофонда было необходимо охватить всю обширную территорию расселения восточных славян, для чего требуется анализ многочисленных популяций. Без детальной характеристики различных региональных групп русского, украинского и белорусского народов изучение их генофонда невозможно. Наше исследование проведено в пределах исторического ареала восточнославянских народов, и намеренно не включило русские популяции Урала, Сибири, Средней Азии, сформировавшихся относительно поздно: их генофонд отражает не столько историю формирования русского народа, сколько историю его позднейшей экспансии.

Та же цель - выявить не сиюминутный портрет генофонда, а его исторически устойчивые черты - определила и подход к формированию выборок. В обследование включались только те люди, оба дедушки и обе бабушки которых родились на территории данного изучаемого региона и относили себя к данному народу. Этот принцип "анкетирования до третьего поколения" в последние годы становится общепринятым в мировой науке, а нашим коллективом применялся, начиная с наших первых же экспедиций на Кавказе в 90х годах. Также в обследование не включались родственники (как минимум до третьего поколения) - их заведомое генетическое сходство могло бы сместить и исказить получаемые генетические характеристики популяции. Во всех популяциях проводился забор венозной крови, который всегда сопровождался письменным информированным согласием.

Столь строгие требования к сбору первоначального биологического материала потребовали значительных и постоянных усилий для организации и проведения множества экспедиций, которые для восточных славян начались в 2000 году и проводятся нашим коллективом ежегодно по настоящее время.

Лабораторный анализ

Генотипирование митохондриальной ДНК выполнено на уровне общепринятых мировых стандартов: проанализирован первый гипервариабельный регион митохондриальной ДНК (ГВС1 мтДНК) и проведен анализ отдельных SNP маркеров кодирующей части мтДНК. Секвенирование ГВС1 выполнено в интервале от 16024 до 16400 позиции скорректированной последовательности мтДНК [8]. Определение основных гаплогрупп проведено по данным о SNP маркерах согласно общепринятой классификации [18], тогда как отнесение образца к филогенетической ветви внутри гаплогруппы выполнено по данным о характерных мутационных заменах в ГВС1.

Генотипирование пяти русских, двух белорусских и пяти украинских популяций выполнено в Эстонском биоцентре О.П. Балановским и А.С. Пшеничным; генотипирование остальных популяций выполнено в Медико-генетическом научном центре РАМН С.А. Фроловой (секвенирование), О.А. Васинской, М.А. Кузнецовой и Х.Д. Дибировой (анализ SNP-маркеров). Секвенирование в обеих лабораториях проводилось одинаковым методом на секвенаторах Applied Biosystems 377/3130/3130xl с использованием наборов Applied Biosystems BigDye 1.1 /3.1, следуя инструкциям производителя. Анализ SNP маркеров в Эстонском биоцентре выполнен методом ПЦР-ПДРФ, а в МГНЦ РАМН - частично методом ПЦР-ПДРФ, но в основном с использованием технологии TaqMan (на приборе для ПЦР в реальном времени AB 7900HT).

Методы анализа данных

Методы, примененные для анализа полученного обширного массива данных, можно подразделить на две группы: статистические и картографические.

Статистические методы включили: расчет матрицы попарных генетических расстояний (по Нею) между изученными популяциями, выполненный с помощью программы DJ, созданной нашим коллективом, и визуализацию созданной матрицы методом многомерного шкалирования, выполненного с помощью пакета Statistica 6.0.

Картографический анализ включил создание карт распространения основных гаплогрупп в ареале восточных славян и соседних популяций. Определение географических координат изученных популяций проведено с помощью электронного атласа Microsoft Encarta, а построение геногеографических карт - с помощью разрабатываемого нашим коллективом геногеографического программного пакета GeneGeo. Часть карт созданного Атласа размещена на сайте www.genofond.ru.