ГЕНОМИКА, ТРАНСКРИПТОМИКА
УДК 575.174.015.3
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ Х-СЦЕПЛЕННЫХ STR-МАРКЕРОВ
В ПОПУЛЯЦИЯХ СИБИРИ
© 2015 г. К. В. Вагайцева1,2*, В. Н. Харьков1,2, К. В. Черпинская2, И. Ю. Хитринская1, В. А. Степанов1,2
Научно-исследовательский институт медицинской генетики Сибирского отделения Российской академии медицинских наук, Томск, 634050 2Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, 634050
Поступила в редакцию 07.07.2014 г. Принята к печати 10.09.2014 г.
Х-хромосомные микросателлитные маркеры — удобный инструмент для изучения генетического разнообразия в популяциях человека и ДНК-идентификации, особенно при сниженной информативности аутосомных маркеров. Представлены результаты генетического анализа популяций Сибири по 10 Х-сцепленным микро-сателлитным маркерам (DXS8378, GATA172D05, DXS7132, DXS9898, DXS7423, DXS8377, DXS101, DXS6809, DXS6789, HPRTB). Рассчитаны частоты аллелей, криминалистические параметры, генетические взаимоотношения между популяциями. Средний уровень ожидаемой гетерозиготности (He) в популяциях составил 0.73. Общий уровень генетической дифференциации в 10 популяциях оказался относительно невысоким (Fst = 0.031) в сравнении с уровнем, определенным по аутосомными и Y-хромосомным маркерам. Показана высокая вероятность установления различий (PD) между двумя неродственными индивидами с использованием 10 X-STR-маркерной системы. Среднее значение PD в панели из 10 X-хро-мосомных микросателлитных маркеров составило 0.9999999997 у женщин, 0.999998 — у мужчин. Общий уровень генетической дифференциации в пуле из 10 популяций равен 0.03186.
Ключевые слова: X-хромосома, микросателлиты (STR), популяционные данные, Сибирь.
GENETIC DIVERSITY OF X-LINKED STR-MARKERS IN SIBERIAN POPULATIONS, by K. V. Vagaitseva1,2*, V. N. Kharkov1,2, K. V. Cherpinskaya2, I. Yu. Khitrinskaya, V. A. Stepanov1,2 (institute of Medical Genetics, Siberian Division, Russian Academy of Medical Sciences, Tomsk, 634050 Russia; *e-mail: kseniya.simonova@medgenetics.ru; 2National Research Tomsk State University, Tomsk, 634050 Russia). X-chromosome markers are informative tool for studying of the genetic diversity in human populations and become useful for DNA identification when certain complex kinship cases need to be unraveled. In this work, we present population genetic data of 10 X-chromosome STRs (DXS8378, DXS9898, DXS8377, HPRTB, GATA172D05, DXS7423, DXS6809, DXS7132, DXS101 and DXS6789). Average level of expected heterozygosity (He) in populations under study was 0.73. Total level of genetic differentiation for 10 studied populations was relatively low (Fst = 0.031 comparing to autosomal and Y-chromosomal markers. Allele frequencies and parameters of forensic interest for panel of X-STRs were calculated. The overall values of PDf and PDm are 0.9999999997, 0.999998 respectively. The overall level of genetic differentiation for 10 population (Fst) is 0.03186.
Keywords: X-chromosome, STR, population data, Siberia. DOI: 10.7868/S0026898415020147
Изучение генофонда популяций человека с использованием маркеров Х-хромосомы — одно из интенсивно развивающихся направлений, поскольку из-за особенностей наследования и рекомбинации Х-хромосома имеет ряд преимуществ в решении задач популяционной генетики. Х-хро-мосома во многих отношениях сходна с аутосома-ми, однако она более стабильна, по крайней мере,
* Эл. почта: kseniya.simonova@medgenetics.ru
у плацентарных млекопитающих, так как рекомби-нирует только у женских особей. Особенности наследования делают Х-хромосому удобным инструментом для популяционно-генетического анализа, так как гемизиготность мужчин по этой хромосоме позволяет легко определять гаплотипы. Вследствие низкой эффективной численности эта хромосома в большей степени подвержена эффектам генетиче-
8
305
ского дрейфа, что приводит к более высоким показателям межпопуляционного разнообразия [1].
ДНК-идентификация в криминалистике и судебной медицине основана на анализе частоты встречаемости различных маркерных ДНК-локу-сов, локализованных в аутосомах, половых хромосомах (У и X) и митохондриальной ДНК, в биологических образцах. Каждая из этих систем имеет ряд как преимуществ, так и недостатков, которые снижают их информативность в некоторых сложных случаях. Использование тест-системы, основанной на Х-хромосомных маркерах, позволит частично решить эту проблему. Маркеры Х-хромосо-мы особенно информативны в сложных случаях определения родства, когда для анализа доступен материал только дальних родственников. Маркеры Х-хромосомы способны разрешить вопрос об отцовстве, когда недоступна ДНК предполагаемого отца [2], или вопрос об отцовстве стоит между близкими родственниками [3]. Так, при определении родства между отцом и дочерью, бабушкой по отцу и внучкой маркеры Х-хромосомы информативнее аутосомных в 2 и 4 раза соответственно. Применение У-хромосомных и мтДНК-маркеров в данном случае бесполезно. Ключевой момент ДНК-идентификации — вероятностные расчеты совпадения генотипов, основанные на референтных частотах аллелей в популяции, из которой происходит изучаемый ДНК-профиль. Точность оценки результата зависит от референтной группы, неправильно подобранная референтная популяция снижает дискриминирующую способность тест-системы. Население России чрезвычайно гетерогенно этнически и генетически, поэтому необходимо создание специальных баз данных по референтным частотам аллелей используемых маркеров [4—7]. Кроме того, более ин-
тенсивный дрейф генов в малочисленных и изолированных популяциях Сибири приводит к снижению гетерозиготности, что также влияет на идентификационный потенциал тест-систем [8, 9]. Во всех трех системах маркеров, применяемых в ДНК-идентификации, вплоть до недавнего времени отсутствовали систематические знания о частотах их аллелей в популяциях России, которые можно использовать в качестве референтных. Для аутосомного 8ТЯ-стаидарта, используемого в России, эта проблема начала успешно разрешаться, в том числе и в наших предыдущих работах. Однако она остается чрезвычайно актуальной для маркеров Х-хромосомы [10, 11]. В настоящей работе с целью оценки идентификационного потенциала тест-системы, основанной на 10 Х^ТЯ-маркерах, и определения частот аллелей этих маркеров в популяциях проанализировано генетическое разнообразие 10 популяций Сибири по 8ТЯ-маркерам Х-хромосомы.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Анализировали образцы ДНК 604 мужчин, принадлежащих к 10 популяционным выборкам Сибири, не состоящих в родстве, без метисации в трех поколениях. Эти популяции представляют три расовых типа: европеоидный, монголоидный и уральский (табл. 1).
Для популяционно-генетического анализа отобраны наиболее хорошо изученные в мировых популяциях маркеры, входящие в состав мультиплекса: DXS8378, GATA172D05, DXS7132, DXS9898, DXS7423, DXS8377, DXS101, DXS6809, DXS6789, НРЯТВ [12].
Суммарную ДНК выделяли из образцов венозной крови методом фенол-хлороформной экс-
Таблица 1. Характеристика популяций
Этнос Популяция Объем выборки Локализация Расовый тип
Русские Томск (RUS) 68 Томская область Европеоидный
Тувинцы Кызыл (TUV) 127 Республика Тува Монголоидный
Агинское (BUA) 43 Читинская область Монголоидный
Буряты Курумканский р-н (KUR) 25 Республика Бурятия Монголоидный
Алтайцы Бешпельтир (ALB) 80 Республика Горный Алтай Монголоидный
Кулада (ALK) 46 Республика Горный Алтай Монголоидный
Ханты Русскинские (HAR) 46 Ханты-Мансийский автономный округ Уральский
Казым (HAR) 50 Ханты-Мансийский автономный округ Уральский
Сибирские татары Томск (TAT) 40 Томская область Уральский, Монголоидный
Хакасы Аскизский р-н (KHA) 79 Республика Хакасия Уральский
тракции. Генотипирование осуществляли с помощью ПЦР каждого локуса с последующим мультиплексным анализом фрагментов методом капиллярного гель-электрофореза на генетическом анализаторе (AbiPrism3130xl, AbiPrism3730xl). ПЦР проводили в 20 мкл смеси, в состав которой входили 1-1.5 нг ДНК, 10х буфер для ПЦР, 2.5 мМ MgCl2, 0.2 мМ каждого dNTP, 0.75 ед. акт. Taq-ДНК-полимеразы и 0.01-0.02 о.е. каждого прай-мера. Число повторов определяли путем секвениро-вания на генетическом анализаторе AbiPrism3130xl нескольких образцов с различными вариантами аллелей каждого локуса. Структура повторов представлена в табл. 2.
Частоты аллелей и ожидаемую гетерозиготость определяли стандартными биостатистическими методами. Оценку неравновесия по сцеплению (LD), анализ генетического разнообразия и дифференциации (AMOVA) проводили с помощью пакета программ Arlequin v.2000 [13]. Поскольку гаметическая фаза образцов ДНК мужчин известна, частоты гаплотипов определяли без применения дополнительных статистических алгоритмов. Для определения связи средней ожидаемой гете-розиготности с географическими показателями
рассчитывали коэффициент корреляции Спирме-на. Анализ методом главных компонент проводили с использованием программы ВТАТКТГСА 6.0. Идентификационный потенциал системы, основанной на маркерах Х-хромосомы, оценивали с использованием стандартных популяционно-стати-стических показателей. Эти показатели включают вероятность установления различий между двумя неродственными индивидами (PD), исключающую способность (РЕ), вероятность случайного совпадения генотипов (МР) [14].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Анализ генетического разнообразия
Анализ распределения частот аллелей 8ТЯ-мар-керов показал, что в основном в популяциях разной этнической принадлежности модальные аллели совпадают, однако есть локусы, распределение частот в которых отличается у европеоидов и монголоидов (рис. 1). Частоты аллелей приведены в электронном приложении к статье (http://www. medgenetics.ru/UserFile/File/Doc/Evolution%20Doc/ 8топоуа%202014.рё1). Идентичных гаплотипов у
Таблица 2. Структура повторов и номенклатура аллелей
Локус Структура повтора Аллель
DXS8378 PF-N18-(CTAT)n-N20-PR
PF-N18-(CTAT)10-N20-PR 10
GATA172D05 PF-N5-(TAGA)n-N39-PR
PF-N5-(TAGA)10-N39-PR 10
DXS7132 PF-(CTTA)n-N38-PR
PF-(CTTA)11-N38-PR 11
DXS9898 PF-N15-(TATC)2-(ATC)-(TATC)n-N58-PR
PF-N15-(TATC)2-(ATC)-(T
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.