CC BY
131
_____________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Том 154, кн. 2 Естественные науки
2012
БИОХИМИЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 575.1S
ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ПУЛА Y-ХРОМОСОМ В ПОПУЛЯЦИИ ПОВОЛЖСКИХ ТАТАР
О.Е. Аникеев, А.К. Сабитова, А.Р. Лисицына, О.А. Кравцова
Аннотация
По данным частот встречаемости 10 микросателлитных маркеров Y-хромосомы (7 локусов «минимального гаплотипа» и DYS3SS, DYS426 и DYS439) охарактеризована вариабельность популяции мужского генофонда поволжских татар Республики Татарстан. На основании сочетаний аллелей Y-STR локусов определены основные гапло-группы Y-хромосомы и показано преобладание западноевропейских гаплогрупп Ria и Rib.
Ключевые слова: вариабельность, поволжские татары, микросателлиты, Y-хромосома, гаплогруппы, филогенетический анализ.
Введение
Характеристика биаллельных и микросателлитных маркеров У-хромосомы занимает в этногенетических исследованиях, направленных на выявление особенностей генофондов современных популяций, отдельное место, поскольку, передаваясь только от отца к сыну, позволяет проследить филогению мужских линий (ввиду отсутствия рекомбинации более чем 95% хромосомы, и низкой по сравнению с аутосомными локусами и митохондриальной ДНК эффективной численностью пула) [1].
Несмотря на то что исследование генетического разнообразия У-хромосомы было начато значительно позже, чем для других типов маркеров (аутосомных локусов и митохондриальной ДНК), на сегодняшний день получены данные по распределению основных гаплогрупп У-хромосомы среди основных этнотерри-ториальных групп РФ [2]. Однако для популяции поволжских татар Республики Татарстан (РТ), чье формирование проходило, по антропологическим данным, в результате сложного смешения представителей европеоидной и монголоидной рас, отсутствует характеристика разнообразия пула У-хромосомы, хотя ранее были получены данные по вариабельности аутосомных маркеров [3] и митохондриального генома [4-7], по результатам которых показано преобладание европеоидного компонента в генофонде поволжских татар.
В связи с этим нами проведен анализ распределения частот аллелей i0 мик-росателлитных локусов Y-хромосомы (DYS19, DYS3S5a/b, DYS3S9 I/II, DYS390, DYS391, DYS393, DYS3SS, DYS426) в популяции поволжских татар РТ, дана характеристика аллельного и гаплотипического разнообразия, проведена оценка распространенности гаплогрупп Y-хромосомы.
Материалы и методы
Объектами исследования служили образцы ДНК i25 неродственных индивидуумов мужского пола - представителей этнической группы поволжских татар РТ. Образцы венозной крови и защечного эпителия собраны в результате экспедиционных выездов 2004, 2005, 200S гг. У всех представителей получено информированное согласие.
Выделение ДНК из венозной крови осуществляли стандартным методом фенол-хлороформной экстракции [S], из защечного эпителия ДНК выделяли коммерческим набором «ДНК-Экспресс» согласно протоколу фирмы-производителя (НПФ «Литех», г. Москва). Генотипирование микросателлитных локусов проводили в i0 мкл реакционной смеси с использованием полимеразы Color-Taq в соответствующем буфере (НПК «Синтол», г. Москва), содержащей 0.2 мМ dNTF, 0.5 мкМ смеси прямого и обратного праймеров и 20-30 нг ДНК. Реакцию ПЦР проводили на программируемых термоциклерах «Терцик» (НПФ «ДНК-Технология», г. Москва) и «MyCycler» (Bio-Rad, США) в следующем режиме: 94 °С - 30 с, 57 °С - 40 с, 72 °С - 30 с, 35 циклов с предварительным прогревом ПЦР-смеси при 94 °С в течение 3 мин и конечным этапом элонгации при 72 °С в течение i0 мин.
В работе использованы праймеры, синтезированные в НПФ «Литех», последовательности которых предложены в работе [9].
Разделение продуктов амплификации проводили в 6^%-ном полиакриламидном геле в нативных условиях с длиной пробега не менее 20 см. В качестве маркера размеров аллелей для каждого локуса была использована «аллельная лестница», содержащая наиболее часто встречающиеся аллельные варианты.
Визуализацию продуктов амплификации проводили окрашиванием гелей бромистым этидием c последующей визуализацией на приборе ChemiDoc™ XRS + System (Bio-Rad, США).
Частоты аллелей и генотипов рассчитывали путем прямого подсчета с использованием макроса VBA к Microsoft Excel.
Показатели аллельного и гаплотипического разнообразий по полиморфным микросателлитным Y-STR локусам рассчитывали по формуле Нея и Таджима [i0]:
h = (1 - X P2) N
N -1 ,
где N - размер выборки, p - частота аллеля или гаплотипа.
Определение гаплогрупп проводили на основе сочетания аллелей Y-STR ло-кусов по программе Athey [11], находящейся в режиме свободного доступа [12].
Табл. 1
Частоты встречаемости аллелей У-8ТЯ маркеров и показатели их аллельного разнообразия к
Л н U н н < DYS19 (N = 125) DYS385 a/b (N = 125) DYS388 (N = 125) DYS389-I (N = 125) DYS391 (N = 125) DYS392 (N= 102) DYS393 (N = 125) DYS426 (N = 125) DYS439 (N = 91) u < DYS389-II (N = 125) DYS390 (N = 125)
9 0.008 0.04 21 0.024
10 0.008 0.648 0.13 0.304 22 0.016
11 0.256 0.296 0.402 0.584 0.415 23 0.12
12 0.096 0.792 0.104 0.016 0.135 0.12 0.416 0.212 24 0.44
13 0.056 0.164 0.08 0.624 0.088 0.616 0.069 25 0.24
14 0.304 0.208 0.088 0.272 0.203 0.24 26 0.152
15 0.144 0.14 0.04 0.034 0.024 27 0.008 0.008
16 0.296 0.056 0.008 28 0.056
17 0.176 0.024 29 0.376
18 0.024 0.02 30 0.408
19 0.016 31 0.128
20 0.004 32 0.016
33 0.008
h 0.771 0.838 0.36 0.53 0.495 0.76 0.55 0.498 0.694 0.678 0.716
Результаты и их обсуждение
В ходе исследования нами проведена оценка вариабельности микросател-литных маркеров Y-хромосомы в популяции поволжских татар РТ. Исследование проводилось по полиморфным локусам DYS19, DYS385a/b, DYS389 I//II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, формирующих так называемую систему «минимального гаплотипа» (“minimal haplotype”), генотипирование которых является обязательным условием при проведении популяционных исследований и идентификации личности в судебно-генетической экспертизе, и 3 дополнительным маркерам: DYS388, DYS426 и DYS439, входящим в 12-маркерную панель фирмы Family Tree DNA (Хьюстон, США), используемых при ДНК-генеалогическом тестировании.
Для каждого STR-маркера Y-хромосомы нами рассчитаны частоты встречаемости аллелей и показатели аллельного разнообразия h (табл. 1). По результатам исследования выявлено, что наименьшее аллельное разнообразие характерно для однокопийных маркеров (представленных на Y-хромосоме в виде единственной копии) DYS388, DYS391 и DYS426, тогда как наибольший показатель h отмечен для мультикопийного микросателлита DYS385 a/b, который представлен на Y-хромосоме 2 полиморфными участками [9].
Следует отметить, что ввиду отсутствия рекомбинации большей части Y-хромосомы необходимо учитывать не столько данные о частотах встречаемости аллелей, сколько частоты гаплотипов, то есть сочетания аллелей исследуемых ло-кусов, а также распространенность гаплогрупп Y-хромосомы. В настоящей работе определение гаплотипов и гаплогрупп проводили на основе микросателлитных локусов DYS19, DYS385 a/b, DYS388, DYS389 I/II, DYS390, DYS391, DYS393 и DYS426 ввиду частичного отсутствия данных по локусам DYS392 и DYS439.
Табл. 2
Основные гаплотипы и соответствующие им гаплогруппы У-хромосомы популяции поволжских татар РТ
Гаплотип Число наблю- дений Гапло- группа
БУ8393 БУ8390 БУ819 БУ8391 БУ8385а/б БУ8426 БУ8388 БУ8389 І/ІІ
12 18 13 9 9/14 11 10 12/27 1 Т
12 21 13 9 9/14 11 12 12/28 1 Ь
13 24 16 10 12/12 11 12 13/30 4 ТОа
13 24 16 10 12/13 11 12 13/30 1 І2а
14 25 16 11 14/14 12 12 14/30 2
14 25 17 11 14/15 12 13 14/30 5
14 26 17 11 14/16 12 13 14/30 1
14 26 17 11 14/16 12 13 14/31 1
14 26 17 11 14/17 12 13 14/31 1
14 26 17 11 14/19 12 14 14/31 2
14 26 17 11 15/15 12 14 14/31 4 ТОЫ
14 26 17 11 15/16 12 14 14/31 2 12Ъ1
14 26 17 11 15/18 12 14 14/31 1
14 26 17 11 15/19 12 14 14/31 1
14 26 17 11 16/16 12 15 14/31 1
14 26 17 11 16/17 12 15 14/31 1
15 26 18 11 16/17 12 15 14/32 1
15 26 18 12 16/18 12 15 14/32 1
13 24 16 10 11/15 11 12 13/30 5
13 24 16 10 12/13 12 12 13/30 2
13 25 16 10 12/13 12 12 13/30 3
13 25 16 10 12/14 12 12 13/30 2
13 25 16 10 12/15 12 12 13/30 2
13 25 16 10 12/16 12 12 13/30 2
13 25 16 10 12/17 12 12 13/30 1
13 25 16 10 13/13 12 12 13/30 1 Т? 1 а
13 25 16 11 13/13 12 12 13/30 4 К1а
13 25 16 11 13/15 12 12 13/30 1
13 25 16 11 13/15 12 12 14/30 1
14 25 16 11 13/16 12 12 14/30 2
14 25 16 11 13/17 12 12 14/30 2
14 25 16 11 13/18 12 12 14/30 1
14 26 17 11 14/18 12 13 14/31 1
14 26 17 11 14/18 12 14 14/31 1
12 21 13 9 10/13 11 12 12/28 1
12 23 13 10 11/12 11 12 12/28 2
12 23 14 10 11/13 11 12 12/28 1
12 23 14 10 11/13 11 12 12/29 12
13 24 14 10 11/13 11 12 13/29 3 юъ
13 24 14 10 11/14 11 12 13/29 22
13 24 15 10 11/14 11 12 13/29 10
13 24 15 10 11/15 11 12 13/30 8
14 25 16 11 13/20 12 12 14/30 1
12 22 13 9 10/14 11 12 12/28 1
12 22 13 9 11/12 11 12 12/28 1 N/0*
15 27 18 12 16/19 12 15 14/33 1
К/Э-гаплогруппа не определяется.
я 12Ь1
19,7%
с
£ 12а
14,1%
о
с
49,2%
R1a
] 25,4%
0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Частота встречаемости гаплогруппы
0,6
Рис. 1. Диаграмма распределения частот гаплогрупп У-хромосомы в популяции поволжских татар РТ
В ходе исследования в популяции поволжских татар обнаружено 46 различных гаплотипов, при этом 25 являются уникальными, то есть встречаются в исследуемой группе только один раз, а наибольшей частотой встречаемости (17.6%) характеризуется гаплотип 13-24-14-10-11/14-11-12-13/29, образованный сочетанием аллелей локусов БУ8393-0У8390-0У819-0У8385а/Ь-0У8426-ВУ8388-ОУ83891/П, который можно отнести к предковому для данной популяции (табл. 2). Показатель гаплотипического разнообразия составил 0.9453.
Особый интерес в популяционных исследованиях при анализе полиморфизма У-хромосомы представляет вариабельность гаплогрупп, выявляемая на основании различных типов маркеров. Традиционно для установления основных типов гаплогрупп, или клад, используется анализ бинарных (диаллельных) ло-кусов, тогда как полиморфизм микросателлитов позволяет провести более детальный анализ филогенетических отношений внутри одной клады. Однако для такого анализа необходимо исследование большого количества 8КР, что не всегда является возможным. В связи с этим было разработано несколько так называемых предикторов, которые на основании гаплотипов микросателлитных локусов позволяют установить принадлежность к определенной гаплогруппе У-хромосомы. Одной из таких программ является предиктор АШеу [11], который был использован в настоящей работе. Необходимо отметить, что достоверность определяемой гаплогруппы считалась не ниже 99%, в противном случае полученные данные не учитывались в ходе дальнейшего анализа.
В ходе анализа установлено, что более 98% разнообразия гаплогрупп, представленных в генофонде данной популяции поволжских татар, приходится на долю западно-евразийских гаплогрупп Я1 и 12 (табл. 2, рис. 1), тогда как восточно-евразийский компонент представлен с частотой менее 2% только одной гаплогруппой - Ь, распространенной на полуострове Индостан.
Наиболее распространенной гаплогруппой, обнаруженной в исследуемой популяции поволжских татар, является гаплогруппа Я1Ь, возникшая, как считается, около 16.5 тыс. лет назад в центральной Азии. Данная гаплогруппа широко распространена в современных популяциях Западной Европы на территориях, связанных с кельтами (Англия, Шотландия, Уэльс, Ирландия), а также во Франции, Испании (у басков). Однако у народов Восточной Европы данная га-плогруппа встречается гораздо реже (с максимальной частотой примерно 20%
у некоторых популяций - русских, украинцев, греков). За пределами Западной Европы высокая концентрация данной гаплогруппы встречается только у башкир (до 87%), с частотой 30-40% обнаружена на Кавказе, в районах центральной Азии частота данной гаплогруппы не превышает, как правило, 10% [1, 14].
Другая ветвь клада R1 - гаплогруппа R1a, возраст которой оценен примерно в 20 тыс. лет, а вероятным местом возникновения считается Средняя Азия или Восточная Европа, является наиболее распространенной в Восточной Европе, в основном в славяноязычных популяциях (русские, белорусы, украинцы, поляки и некоторые другие), где на ее долю приходится около 50% от всего разнообразия. Данная гаплогруппа также широко распространена в Индии, в некоторых странах центральной Азии (например, у киргизов), на Кавказе. В большинстве монголоидных популяций (например, уйгуры, монголы, буряты и т. д.) частота данной гаплогруппы, как правило, невелика [1, 14].
Другой наиболее представленной гаплогруппой являются ветви клада I2 и ее подтипы I2a и I2b. Гаплогруппа I2 является «балканской» гаплогруппой Y-хромосомы, которая возникла на территории юго-восточной Европы около 15 тыс. лет назад. Типичными представителями гаплогруппы I2a являются боснийцы, хорваты, баски, гаплогруппы I2b - германские народы [1, 14].
Таким образом, в генофонде исследуемой группы поволжских татар РТ преобладает европеоидный компонент, что согласуется с данными, полученными ранее по другим генетическим маркерам [3-7], однако основные этапы формирования современного генофонда поволжских татар до сих пор остаются крайне противоречивыми, что требует дальнейшего исследования.
Summary
O.E. Anikeev, A.K. Sabitova, A.R. Lisitsyna, O.A. Kravtsova. Y-Chromosome Pool Variability in the Population of Volga Tatars.
In this paper, the variability within the male gene pool of the population of Volga Tatars (Republic of Tatarstan) is characterized according to the data on the frequency of 10 microsatellite markers of Y-chromosome (7 loci of “minimal haplotype”, DYS388, DYS426 and DYS439) and their haplotypes. Based on the combinations of alleles of Y-STR loci, the main Y-chromosome haplogroups are identified, and the predominance of Western European hap-logroups R1a and R1b is demonstrated.
Key words: variability, Volga Tatars, microsatellites, Y-chromosome, haplogroups, phylogenetic analysis.
Литература
1. Степанов В.А., Харьков В.Н., Пузырев В.П. Эволюция и филогеография линий Y-хромосомы человека // Вестн. ВОГиС. - 2006. - Т. 10, № 1. - С. 57-72.
2. Пузырев В.П., Степанов В.А., Голубенко М.В., Пузырев К.В., Максимова Н.Р., Харьков В.Н., Спиридонова М.Г., Ноговицына А.Н. Линии мтДНК и Y-хромосомы в популяции якутов // Генетика. - 2003. - Т. 39, № 7. - С. 975-981.
3. Кравцова О.А. Структура ядерного генофонда поволжских татар (по данным ауто-сомных микросателлитных локусов) // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. -2007. - Т. 149, кн. 2. - С. 138-147.
4. Кравцова О.А., Аскарова А.Н. Полиморфизм митоходриальной ДНК в современной популяции Республики Татарстан // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. -2005. - Т. 147, кн. 3. - С. 117-123.
5. Конюхова Е.В., Нгуен Фыонг Нга, Алимова Ф.К., Кравцова О.А. Разнообразие митохондриального генофонда в популяции поволжских татар Республики Татарстан // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2010. - Т. 152, кн. 2. - С. 128-137.
6. Malyarchuk B., Derenko M., Denisova G., Kravtsova O. Mitogenomic diversity in Tatars from the Volga-Ural region of Russia // Mol. Biol. Evol. - 2010. - V. 27, No 10. -P. 2220-2226.
7. Денисова Г.А., Малярчук Б.А., Деренко М.В., Кравцова О.А. Популяционная структура поволжских татар по данным о разнообразии митохондриальной ДНК // Генетика. - 2011. - Т. 47, № 3. - C. 387-393
8. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Д. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. - М.: Мир, 1984. - 480 с.
9. Butler J.M. Recent developments in Y-Short Tandem Repeat and Y-Single Nucleotide Polymorphism analysis // Forensic Sci. Rev. - 2003. - V. 15, No 2. - P. 91-111.
10. Nei M., Tajima F. DNA polymorphism detectable by restriction endonucleases // DNA Genetics. - 1981. - V. 105. - P. 207-217.
11. Athey T. Haplogroup Prediction from Y-STR values using a Bayesian-allele-frequency approach // J. Gen. Geneal. - 2006. - V. 2. - P. 34-39.
12. Y-Haplogroup Predictor. - URL: http://www.hprg.com/hapest5/, свободный.
13. Takesaki N., Nei M. Empirical tests of the reliability of phylogenetic trees constructed with microsatellite DNA // Genetics. - 2008. - V. 178. - P. 385-392.
14. Балановская Е.В., Балановский О.П. Русский генофонд на Русской равнине. - М.: Луч, 2007. - 424 с.
Поступила в редакцию 02.04.12
Аникеев Олег Евгеньевич - аспирант кафедры биохимии Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
Сабирова Алина Рустэмовна - студент кафедры биохимии Казанского (Приволжского) федерального университета.
Лисицына Алина Рашидовна - старший лейтенант полиции, старший эксперт Экспертно-криминалистического центра МВД РФ по РТ, г. Казань
Кравцова Ольга Александровна - кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры биохимии Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
