МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2003, том 37, № 4, с. 643-653
== ГЕНОМИКА. ТРАНСКРИПТОМИКА. ПРОТЕОМИКА =
УДК 575.174.599.9:943.87
АНАЛИЗ ЛИНИЙ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК В ПОПУЛЯЦИИ ЯКУТОВ
© 2003 г. С. А. Федорова*, М. А. Бермишева1, Р. Виллемс2, Н. Р. Максимова,
Э. К. Хуснутдинова1
Якутский научный центр Российской академии медицинских наук и Правительства Республики Саха
(Якутия), Якутск, 677019 1Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук, Уфа, 450054
2Эстонский биоцентр, Тарту, Эстония 51010 Поступила в редакцию 27.01.2003 г.
С целью изучения структуры митохондриального генофонда якутов проанализировали полиморфизм гипервариабельного сегмента I мтДНК (16024-16390 п.н.) в выборке из 191 коренного жителя Республики Саха (Якутия). В этой выборке выявлены 67 гаплотипов мтДНК, которые относятся к 14 гаплогруппам. Подавляющее большинство линий мтДНК якутов (91.6%) принадлежит к гапло-группам, специфичным для народов Восточной Евразии - А, В, С, Б, Б, О, М*, У; 8.4% гаплотипов мтДНК относятся к европеоидным кластерам Н, НУ1, I, Т, и, "" Особенностью митохондриального генофонда якутов является высокая частота типов мтДНК, входящих в азиатский суперкластер М. Суммарная частота линий гаплогрупп С, Б, О и недифференцированных типов мтДНК гаплогруппы М (М*) составляет 81%. Наибольшим разнообразием характеризуются гаплогруппы С и Б, включающие соответственно 22 (44%) и 18 (30%) гаплотипов. В группе тюркоязычных этносов наиболее низкий показатель генетического разнообразия у якутов (Н = 0.964). Результаты филогенетического анализа линий мтДНК якутов, монголов и населения Средней Азии (казахи, киргизы, уйгуры) подтверждают существование общего генетического субстрата, сложившегося до формирования этих этносов. Среди митохондриальных линий якутов 21 (55.5%) общая с народами Средней Азии и монголами. Сравнение митохондриального генофонда якутов и современных палеоазиатов (чукчи, ительмены, коряки) выявило три гаплотипа (8.9%), совпадающих у якутов и коряков. Результаты анализа мтДНК не соответствуют гипотезе значительного вклада палеоазиатского субстрата в генофонд современного якутского этноса.
Ключевые слова: митохондриальная ДНК, генофонд якутов, гаплотипы, медианные сети, филогенетический анализ.
В решении вопросов эволюционной истории популяций человека и оценки вклада отдельных этнических компонентов в формирование генофонда современных этносов важная роль отводится молекулярно-генетическому подходу. К числу наиболее информативных генетических систем, позволяющих описывать структуру генофонда, относится мтДНК. Материнский характер наследования, отсутствие рекомбинации и высокая, по сравнению с ядерной ДНК, скорость накопления мутаций позволяют использовать мтДНК как основное средство для изучения происхождения современных народов [1]. В 90-е годы XX в. проведены интенсивные популяционно-генетические исследования, позволившие выявить и классифицировать типы мтДНК, специфичные для отдельных рас и популяций [1-3], а также проследить основные пути расселения человека по планете, освоения территории Европы и Американского
* Эл. почта: sardaanafedorova@mail.ru
континента. Однако в большинстве случаев вопросы формирования отдельных этносов, в том числе якутского, остаются открытыми. В частности, известны только две публикации М. Деренко и Д. Шилдс, в которых нуклеотидное разнообразие мтДНК якутов проанализировано на небольшой выборке из 22 человек [4, 5].
В настоящей работе впервые на обширном материале охарактеризована структура митохондриального генофонда якутов и проведен филогенетический анализ гаплотипов мтДНК с целью установления генетического родства якутов с народами Средней Азии, монголами и палеоазиатами.
УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
В работе использован 191 образец ДНК якутов -коренных жителей Республики Саха (Якутия) (РС(Я)). Коллекция составлена из материала Банка ДНК Отдела молекулярной генетики ЯНЦ РАМН и Правительства РС(Я), собранного в экс-
643
6*
Рис. 1. Административно-территориальная карта Республики Саха (Якутия). Указано количество проб ДНК, собранных у коренных жителей соответствующих улусов.
педиционных выездах 2001-2002 гг., при медицинских осмотрах населения и в отделении переливания крови Национального центра медицины РС(Я). Забор крови для популяционно-генетичес-ких исследований производили у взрослого населения после заполнения анкеты и подписания информированного согласия. В выборку вошли неродственные индивиды, этническая принадлежность которых по материнской линии учитывалась до третьего поколения.
ДНК выделяли из лейкоцитов периферической крови с использованием протеиназы К и последующей фенол-хлороформной экстракции [6].
Фрагмент контрольного региона мтДНК, содержащий гипервариабельный сегмент I (ГВС1), амплифицировали и очищали с применением набора ExoSAP-IT "Applied Biosystems". Нуклеотид-ную последовательность ГВС1 мтДНК (16024-1б390 п.н.) определяли на ABI 377 DNA Sequencer с помощью DYEnamictm ET terminator cycle sequencing premix kit "Amersham Pharmacia Biotech". Выравнивание и анализ нуклеотидных последовательностей проводили с использованием пакета прикладных программ Wiskonsin Package.
Принадлежность к определенным гаплогруп-
пам устанавливали, сравнивая анализируемую нук-леотидную последовательность ГВС1 с кембриджской эталонной последовательностью [7, 8], и подтверждали с помощью ПДРФ-анализа 13 участков рестрикции в кодирующей области мтДНК.
Медианные сети строили по методу Бандельта с использованием алгоритма median-joining [9] с учетом данных ПДРФ-анализа и полиморфизма ГВС1 мтДНК. Преимущество этого подхода - одновременное выявление множества равновероятно возможных филогенетических деревьев на одной схеме.
Генетическое разнообразие типов мтДНК рассчитывали по формуле [10]:
H = (1- £ х2) N (N -1),
где xi - частота гаплотипа мтДНК в популяции, N -объем выборки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изученная нами выборка состояла из 191 якута, коренных жителей 25 улусов (территориально-административных единиц) РС(Я) (рис. 1). В резуль-
АНАЛИЗ ЛИНИЙ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК
Р (21
0Й1 1 /Г \ I
О
6
Г И х93 С3
©-148^ 129 ^„.Р
, 9
-18<Ю 227 320
С 327 1п:
М7с +АЫ 13262 | 368 |
30\ \ +Нае11 4(830 ^
256 ^ 145 Ъ -АШ "
/ 12^93 Ч295 298 Г Б 29!^ -
"
—362Т
€Х
22
136
3
_ , «•249.de/ __92А-Л 1
+ВатН1 13366 1-26^ /V '304 291
-294^-р---- I _г>иП 14766 N БОо
/ ' V -НисП 12406 1
-Муа! 13704
889
V
22322А
X 311^ Р1Ь
2660 2449
о
НУ1
772
©
Рис. 2. Филогенетическое дерево линий мтДНК в популяции якутов. Гаплотипы обозначены кругами. Внутри круга указана численность гаплотипа. На связях указан полиморфизм в ГВС1 и ПДРФ-сайтах кодирующей области мтДНК. Темным выделены европеоидные гаплотипы.
тате анализа полиморфизма участка ГВС1 мтДНК длиной 367 п.н. (16024-16390 п.н.) в этой выборке выявлены 67 различных гаплотипов по 65 вариабельным нуклеотидным позициям (табл. 1).
Гаплотипы мтДНК классифицировали и подтверждали их принадлежность к определенным
гаплогруппам с помощью ПДРФ-анализа 13 полиморфных участков кодирующей области мтДНК и анализа делеции У-области между генами СОИ и тРНКЬу*\ Установлено, что линии мтДНК якутов относятся к 14 гаплогруппам. Медианная сеть гаплотипов мтДНК представлена на рис. 2.
Таблица 1. Разнообразие гаплотипов мтДНК по ГВС1 в популяции якутов (п = 191)
Гаплогруппа ПДРФ-сайт № Гаплотип1 п Частота гаплотипа Частота гаплогруппы
А ЯаеШ663+ 1 223, 242, 290, 319 1 0.0052 0.0209
2 39, 189, 223, 290, 319, 356, 362 1 0.0052
3 179, 223, 290, 311, 319, 362 1 0.0052
4 179, 223, 260, 290, 311, 319, 362 1 0.0052
В Делеция 9 п.н. 5 86, 136, 189, 217 1 0.0052 0.0052
С АЫ13262+ 6 129, 223, 235, 298, 327 1 0.0052 0.4398
7 129, 150, 223, 298, 327 2 0.0105
8 129, 223, 298, 327 6 0.0314
9 129, 223, 327 1 0.0052
10 148, 164, 223, 288, 298, 327 9 0.0471
11 148, 223, 288, 298, 327 2 0.0105
12 167, 171, 223, 298, 327, 344, 357 1 0.0052
13 171, 223, 256, 298, 327, 344, 357 1 0.0052
14 171, 223, 295, 298, 327, 344, 357 1 0.0052
15 171, 223, 298, 327, 344, 357 12 0.0628
16 189, 223, 298, 327 1 0.0052
17 223, 260.1А2, 294, 298, 327 1 0.0052
18 223, 260.1А2, 298, 327 3 0.0157
19 223, 298, 311, 327 8 0.0419
20 223, 298, 327 10 0.0524
21 223, 298, 327, 344, 357 1 0.0052
22 223, 291, 298, 327 1 0.0052
23 93, 129, 223, 298, 327 6 0.0314
24 93, 129, 223, 327 13 0.0681
25 93, 129, 223, 327, 335 1 0.0052
26 93, 214, 223, 261, 288, 298 1 0.0052
27 93, 223, 261, 288, 298 2 0.0105
Б АЫ5176- 28 129, 189, 223, 362 1 0.0052 0.3037
29 129, 223, 294, 362 1 0.0052
30 172, 189, 223, 266, 362 2 0.0105
31 180, 223, 294, 362 1 0.0052
32 223, 245, 362 2 0.0105
33 223, 291, 362 12 0.0628
34 223, 319, 320, 362 1 0.0052
35 223, 319, 362 4 0.0209
36 223, 362, 368 1 0.0052
37 42, 93, 214, 223, 362 1 0.0052
38 92, 129, 223, 271, 362 2 0.0105
39 92, 172, 189, 223, 266, 362 23 0.1204
40 92, 172, 189, 223, 362 2 0.0105
41 92, 172, 189, 223, 266, 305, 362 1 0.0052
42 93, 192, 223, 232, 362 1 0.0052
43 93, 223, 232, 261, 290, 362 1 0.0052
44 93, 223, 232, 290, 362 1 0.0052
45 93, 223, 232, 362 1 0.0052
Таблица 1. Окончание
Гаплогруппа ПДРФ-сайт № Гаплотип1 п Частота гаплотипа Частота гаплогруппы
Б Ншс1112406- 46 189, 232СА, 249, 304, 311 4 0.0209 0.0628
47 189, 232СА, 304, 311 1 0.0052
48 92ТА, 291, 304 3 0.0157
49 172, 189, 232СА, 249, 304, 311 4 0.0209
О Нае114830+ 50 223, 227, 278, 362 3 0.0157 0.0419
51 189, 223, 227, 234, 278, 362 2 0.0105
52 223, 227, 274, 278, 362 2 0.0105
53 223, 227, 234, 278, 362 1 0.0052
Н АМ7025- 54 СЯБ 3 0.0157 0.0262
55 291 2 0.0105
НУ1 7Уи1114766- 56 67, 260, 355 2 0.0105 0.0105
I Мга113704- 57 69, 126 2 0.0105 0.0105
М* АМ10397+ 58 145, 148, 188, 189, 223, 381 2 0.0105 0.0262
59 145, 148, 162, 188, 189, 223, 381 1 0.0052
60 93, 129, 223, 311 1 0.0052
61 145, 223, 295, 304 1 0.0052
Т 5атН113366+ 62 126, 294, 296, 362 2 0
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.