X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Вопросы эволюции популяций человека, развития и родства были актуальны в изучении у популяционных генетиков. Для решения проблем такого типа необходимо изучение большего количества полиморфных признаков в большом числе популяций и этно-территориальных групп. Ввиду этих признаков у исследователей находились полиморфные белки, которые использовались в качестве маркеров в популяционных исследованиях.

В настоящее время маркеры называются классическими, чтобы отличить от маркеров ДНК. Классические маркеры предоставили интересные и нужные знания о популяциях различных регионов мира. Но настоящий переворот в популяционных исследованиях наступил при появлении полиморфных маркеров ДНК.

Огромное количество ДНК-маркеров, появившихся при расшифровке генома, стало средством для изучения генофонда. В рамках геномики на основе исследований развития возник раздел - этническая геномика. Задача этногеномики - изучение особенностей геномного полиморфизма и геномного разнообразия на многообразных уровнях популяционной системы народонаселения. Информационное содержание ДНК выше белкового, особенно если речь идет о той группе белков, которая доступна для массового анализа. Техника исследований маркеров ДНК имеет ограниченные методы исследования, а для большой части белков к одному методу - полимеразной цепной реакции (следовательно, возможна автоматизация анализа). Важное преимущество ДНК это наличие полиморфизмов разного типа, каждый из которых имеет своими особенности (однонуклеотидные замены, инсерционно-делеционный полиморфизм, минисателллиты и макросателлиты). Спектр селективных свойств ДНК-маркеров больше, чем классических маркеров белкового полиморфизма: он изменяется от селективно-нейтральных генов до генов, подверженных стабилизирующему и дифференцирующему отбору. ДНК-маркеры позволяют эффективно исследовать гаплотипы - сочетание аллелей сцепленных полиморфизных локусов. Такие хромосомные участки невелики, поэтому имеют малую степень рекомбинаций и ведут себя как единые блоки, мало изменяющиеся во времени. С помощью размера сохранившегося неизмененным гаплотипа можно оценить время в прошлом. Суть метода состоит в поиске неравновесного сцепления локусов между собой из-за эффекта основателя. Анализ частоты и возраста появления в популяции хромосомы-основателя позволяет проследить историю локуса и популяционные события. Подобные данные представляют научную значимость для изучения народов, характеристики генофондов и оценки направлений эволюции.

Все маркеры ДНК с позиции популяционных исследований можно поделить на 3 группы: маркеры митохондриальной ДНК, аутосомные маркеры и маркеры-У-хромосомы. Полиморфизм этих маркеров определяется факторами микроэволюции (миграция, селекция, генетический дрейф, мутации). Однако характер их вариабельности различно отражает действие и результат этих процессов.

Полиморфизм мтДНК используется из-за простоты выделения ДНК. Основной особенностью полиморфизма является отсутствие рекомбинаций, высокий процент изменчивости и материнский тип наследования.

У-хромосомный полиморфизм комплементарен митохондриальному - имеет отцовское наследование, также обнаруживает отсутствие рекомбинаций.

Оба типа полиморфизма дополняют друг друга, получая получить раздельную информацию об отцовском и материнском вкладе в эволюцию популяций. Это явление предоставляет новые возможности в популяционных исследованиях.

Ядерные аутосомные маркеры ДНК характеризуют сообщества в целом, не акцентируя внимание на особенности генетического вклада различных полов. Использование определенных типов ядерного полиморфизма позволяет оценить временные события в истории популяции.

Изучение полиморфизма ДНК проводится во многих популяциях мира. Такие исследования позволяют выявлять значительные различия в частотах полиморфных фрагментов ДНК во многих географических регионах мира.

Временные параметры, касающиеся происхождения человека разумного как вида, с помощью маркеров ДНК впервые были оценены при использовании митохондриального полиморфизма. В митохондриальной ДНК не наблюдается рекомбинаций, и она наследуется как единый блок или гаплотип, исследователи смогли реконструировать генеалогии митохондриальных нуклеотидных последовательностей и построить простую модель распределения попарных нуклеотидных различий.

Все человеческие мтДНК могут иметь единого предка и можно рассчитать, когда произошло первое разветвление генеалогического древа мтДНК. Для этого нужно знать скорость мутаций в мтДНК. Оценка средней скорости мутаций в ДНК митохондрий составила 1-5 х 0.000001 мутаций на нуклеотид за поколение.

Секренирование большого числа индивидуальных мтДНК показало, что африканские популяции имеют наибольшую внутреннюю гетерогенность по сравнению с популяциями на других континентах. Большая древность африканских мтДНК возможно является причиной этого. Многообразие ДНК африканских популяций выше, чем всех остальных, было показано не только с помощью митохондриальных маркеров, но и с помощью ядерных.

Данные по маркерам У-хромосомы также показывают, что наиболее древние варианты обнаруживаются в Африке. Эти результаты в совокупности позволяют предполагать африканское происхождение человека разумного. Однако в этом вопросе следует соблюдать большую осторожность, так как приведенная интерпретация является только предположением, вытекающим из расчетов, кроме того, вычисленные даты могут относиться не к человеку разумному, а к виду, предшествовавшему современному человеку. Следует также принимать во внимание многочисленные палеоантропологические данные, свидетельствующие о других, или даже множественных регионах возникновения человека разумного.

Большую роль маркеры ДНК играют в изучении этнической истории в мире. Весьма изученный регион - это Европа. Был проведен анализ мтДНК из популяции Европы и Ближнего Востока. Всего было исследовано около 500 человек, среди них - баски, британцы, швейцарцы, тосканцы, сардинцы, болгары, турки и жители Ближнего Востока. Первый гипервариабельный участок мтДНК каждого индивидуума был секвенирован, и на этих данных проведен анализ вериабельности. В работе был продемонстрирован низкий уровень генетического разнообразного генетического разнообразия европеоидов о сравнению с другими, в особенности- африканцами. Это может быть связано с двумя причинами – либо с относительно недавним их происхождением, либо с высокой скоростью миграции. Однако, несмотря на сравнительную гомогенность европейских популяций, имеются географические различия в генетической вариабельности.

Молекулярно-генетические маркеры активно используются при изучении африканских популяций. Проведено исследование, в котором несколько популяций из Западной Африки сравнивается с популяциями других континентов. Анализ митохондриальных гаплотипов с помощью метода многомерного шкалирования показал существенное разнообразие и отличие африканских популяций от остальных. Азиатские, европейские, американские, североафриканские популяции по этому анализу были существенно ближе друг к другу и менее разнообразны. Исследование полиморфизма У-хромосомы в тех же популяциях и с помощью того же метода статического анализа привели к тем же выводам – об отличиях популяций Западной и Южной Африки от всех остальных. Анализ Ядерных аутосомных маркеров дал аналогичный результат. Полиморфизм ядерных маркеров ДНК дает более сбалансированную картину генетического разнообразия, лучше дифференцирует европейские и азиатские популяции, включая кластеры внутри них, что не удается с помощью митохондриальных и У-хромосомных маркеров. Ядерные маркеры подчеркивают важность географических факторов, в частности, роль географических барьеров уровней генных потоков.

Данное исследование интересно тем, что показано отличие вериабельности генетического разнообразия, полученного с помощью митохондриального и У-хромосомного полиморфизма. Казалось, что митохондриальный геном должен быть более вариабельным, чем У-хромосома , из-за более высокой скорости мутаций. Однако в евразийских популяциях был обнаружен больший полиморфизм по У-хромосомных маркерам, чем по митохондриальным. Кроме того, эти популяции по У-хромосомному полиморфизму были более гетерогенны, чем африканские. Из этих данных стало ясно, что различия между наблюдаемой митохондриальной и У-хромосомной эволюцией невозможно объяснить разницей в скорости мутаций.

Изучение популяций африканских индейцев и их связи с сибирскими народами также осуществлялось с помощью маркеров ДНК. Продемонстрировано соответствие лингвистических данных по этим народам с результатами анализа митохондриального полиморфизма. Исследовались представители десяти лингвистических семей, среди них алтайцы, уральская, чукотско-камчатская группы. Оказалось, что на основе анализа мтДНК наиболее отдаленными оказались представители алтайской, затем уральской группы. В этих двух позициях маркеры дали те же результаты, что и классические маркеры. Однако далее кластеризация языковых семей осуществлялась разными способами. Показано, что дивергенция мтДНК в популяциях лингвистических ветвях Беринги была значительно ниже, чем в лингвистических ветвях американских индейцев.

Отделение американских индейцев от остальных групп произошло не менее 14.5 тыс. лет назад. Эскимосско-алеутская группа является молодой с возрастом 9000 лет, чукотско-алеутская- 12000лет, уральская- 8000 лет.

Последние исследования гаплотипов У-хромосомы в этом регионе показали, что миграции в Новый Свет через Берингию происходили неоднократно, причем в основном из Центральной Сибири.

С помощью полиморфных маркеров ДНК были проведены интересные исследования относительно заселения тихоокеанских архипелагов. На популяциях этих островов еще в исследованиях по классическим маркерам было показано хорошее соответствие географических и генетических расстояний. В то же время лингвистические данные не давали корреляции ни с теми, ни с другими параметрами. Следующим этапом исследования этих популяций явился анализ ДНК-полиморфизма, в частности- мтДНК и глобиновых генов, играющих важною роль в данном регионе.

Подводя итоги по изучению тихоокеанских популяций популяций с помощью митохондриального генома и а-глобинового полиморфизма, исследователи подтвердили уже принятую точку зрения об экспансии из районов Восточной Азии на тихоокеанские острова.

Изучение мтДНК показало, что на островах Океании с частотой до 80-90% встречается специфическая делеция в 9 пар нуклеотидов, в Восточной Азии частота ее встречаемости значительно меньше. Секвенирование показало, что данная делеция встречается в разном генетическом контексте. При этом можно выделить так называемые мотивы, в которых она встречается: маланезийский, полинезийский мотив Восточной Азии. Маланезийский мотив сильно отличается от мотива Восточной Азии, тогда как полинезийский представляет собой один из компонентов юго-восточно-азиатского. Восточная Полинезия заселялась из обоих регионов очень малыми группами, что приводило к определенным генетическим последствиям.

Весьма интересная работа - это исследование населения Мадагаскара. История и время заселения неизвестны. Археологические данные указывают, что первые поселенцы явились выходцами из Индонезии, позднее произошло заселение из Африки.

Изучение мтДНК у населения Мадагаскара обнаружило высокую частоту встречаемости специфической делеции размером 9 пар нуклеотидов, находящейся в окружении полиморфных участков, образующих полинезийский мотив. Этот результат можно объяснить тем, что первые поселенцы Мадагаскара прибыли из Полинезии, но путь их проходил через Индонезию.

Из приведенных примеров, очевидно, что маркеры ДНК дают возможность иначе взглянуть на события эволюции человека. Чрезвычайно важным фактором в использовании маркеров ДНК являются методы статического анализа, с помощью которых можно попытаться извлечь объективную информацию из большого массива данных, полученных в таких исследованиях. В настоящее время разрабатываются многие методы, в первую очередь - многомерного статистического анализа. Весьма перспективны методы компьютерной геногеографии.

Список литературы:

• Роберт Л. Ньюссбаум. "Медицинская генетика" 2010год стр 15—21. стр.67-70

• Ярыгин В.Н., Васильев В.И. «Биология» //Высшая школа. 2008. С. 84.

• Шевченко В.А., Топорнина Н.А., Стволинская Н.С. Генетика человека: учебник для вузов. - 2-е изд. испр. и доп. - М.: Владос, 2004. - 240 с.

• Геномика в медицине В.А.Ослов

• Розанов, В. А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие / В. А. Розанов. – Одесса: ВМВ, 2012. – 435 с.

Код для цитирования: Скопировать