Введение к работе
Актуальность проблемы. В эпоху научно-технического прогресса, сопряженного с интенсивным ростом численности народонаселения планеты и интенсивными миграционными процессами, приводящими к широкой панмиксии и стиранию генетических границ между этническими группами человека, проблема охраны генофонда планеты как совокупности генофондов отдельных больших и малых народов становится актуальнейшей проблемой современности. В настоящее время молекулярно-генетическое изучение популяций человека имеет важное теоретическое значение, поскольку результаты его могут быть применимы в различных областях науки: в генетике и медицине, антропологии и археологии, истории, этнографии и лингвистике.
Данные о разнообразии митохондриального генофонда человечества позволили получить новую информацию как о происхождении и дифференциации больших расовых групп человека, так и о демографической истории конкретных народов. Население России, крайне разнообразное в этническом отношении, недостаточно изучено в генетическом отношении. Особенно это относится к анализу полиморфизма митохондриальной ДНК (мтДНК), который является высокоинформативным инструментом для исследования структуры популяций человека. Поэтому детальное изучение генетической структуры любой популяции нашей страны является важным вкладом в сумму знаний о разнообразии генофонда человечества.
Восточные славяне (русские, украинцы и белорусы) являют собой пример многомиллионных народов со сложнейшей этнической историей, генетические аспекты которой остаются малоизученными. Однако, прогресс молекулярной генетики позволяет в настоящее время подойти к решению проблем, связанных с происхождением и ранней историей народов, с помощью анализа полиморфизма ДНК. Регистрация и идентификация основных генетических компонентов генофондов в приложении к реконструкции эпизодов ранней истории народов служат важным элементом в комплексном научном знании об истории человечества.
Северо-Восток России представляет собой уникальный регион дія изучения генетических процессов в популяциях человека, так как на этой территории, с одной стороны, исторически сложился ряд этнических групп коренного монголоидного населения, а, с другой стороны, идет формирование пришлого и преимущественно европеоидного населения за счет привлечения людей из зон более благоприятных в климато-географическом отношении. Пришлое население Северо-Востока России
представлено выходцами из различных регионов бывшего Советского Союза и характеризуется высокой миграционной активностью. В этой связи митохондриальный генофонд восточнославянской группы пришлого населения Северо-Востока России можно рассматривать как генофонд, приближенно соответствующий таковому для восточных славян в целом.
Результаты изучения полиморфизма мтДНК у восточных славян могут быть использованы в анализе происхождения как собственно праславян, так и древнейших народов Восточной Европы, ассимилированных праславянами в процессе формирования восточнославянских племен. Молекулярно-генетическая информация об индоевропейском населении Восточной Европы является важным дополнением к имеющимся данным по населению других регионов Европы и позволяет более целостно подойти к анализу распределения маркеров мтДНК в популяциях человека с целью реконструкции эпизодов ранней истории народонаселения Европы.
Цели и задачи исследования. Цель работы - изучение полиморфизма мтДНК у восточных славян в сравнительном аспекте. В исследовании были поставлены задачи:
-
детально проанализировать митотипическую структуру восточных славян (с применением методов анализа полиморфизма длины рестрикционных фрагментов мтДНК и полиморфизма нуклеотидных последовательностей гипервариабельного сегмента I контрольного региона и фрагмента гена цитохрома b митохондриального генома) в сравнении с имеющимися литературными данными по русскому населению России;
-
идентифицировать основные генетические компоненты митохондриального генофонда современных восточных славян;
-
оценить филогенетическое положение восточных славян среди народов мира, принадлежащих к европеоидной расе;
4) предпринять попытку реконструкции древнейшей истории
формирования народонаселения Европы с учетом данных об основных
генетических компонентах митохондриального генофонда европейского
народонаселения.
Научная новизна работы. В работе впервые описана структура типов мтДНК у восточных славян России по данным анализа полиморфизма нуклеотидных последовательностей контрольного региона и гена цитохрома Ъ, а также анализа полиморфизма длины рестрикционных фрагментов мтДНК. Идентифицированы основные группы типов мтДНК восточных славян. Сравнительный анализ позволил
установить выраженное генетическое сходство между современными восточными славянами и народами Южной Европы.
Детально описана структура широко распространенного среди восточных славян европеоидного маркера ВатШ-Ъ/MspI-A. Установлено, что этот маркер представляет собой группу сцепления из семи мутаций в некодирующей области и генах мтДНК. С помощью анализа попарных нуклеотидных различий между типами контрольного региона мтДНК у населения Европы установлено, что очагом формирования разнообразия в пределах мито группы ВатШ-Ъ/MspI-A является население Южной Европы, откуда маркер распространялся в процессе миграций (начиная, по-видимому, с эпохи неолита) среди населения восточной и северозападной частей Европы. Косвенным подтверждением этому является установленное нами сходство между географическим распределением в европеоидных популяциях частот этого митохондриального маркера и биохимического маркера: аллеля ЛсР1*С кислой фосфатазы эритроцитов, свойственного народам индо-европейской языковой семьи.
Впервые проанализировано распределение маркеров мтДНК в региональных группах народонаселения Европы с целью тестирования влияния неолитических миграций европеоидов из Передней Азии в Европу (в соответствии с гипотезой Аммерман и Кавалли-Сфорца (Ammerman, CavalJi-Sforza, 1984) на генетический облик европейцев. Установлены генетические различия между населением юго-восточной и северо-западной частей Европы, что свидетельствует в пользу представлений о более существенном вкладе демической диффузии на юго-востоке Европы в сравнении с северо-западной частью Европы.
Научно-практическое значение. Полученные молекулярно-генетические данные имеют междисциплинарное значение и поэтому могут быть использованы не только в генетике человека и конкретно в генетике восточнославянского народонаселения, но и в антропологии, истории и археолог. В работе представлены молскулярно-гснетическис подходы для исследования истории народонаселения Европы в эпоху неолита, в то время как в зарубежных исследованиях основное внимание уделяется эпохе верхнего палеолита. Полученная в работе информация о зонах максимальной демической диффузии европейского населения в неолите может быть использована в планировании архсолошческих и палеоантропологических исследований, связанных с проблемами появления технологий агрокультуры и динамики комплекса антропологических признаков у древнейшего населения Европы.
Поскольку полиморфизм мтДНК проанализирован на популяци-онном уровне, полученная информация имеет и медицинское значение, так как в работе представлены данные о вариабельности мтДНК,
характерной для здорового населения восточнославянской группы народов. В число изученных полиморфных сайтов входили мутации, потенциально связанные с митохондриальными заболеваниями; в частности, мутация MTND5*LHON13708A, сопутствующая наследственной зрительной нейропатии (болезни Лебера).
Основные положения работы, выносимые на зашиту.
-
Митохондриальный генофонд восточных славян представлен преимущественно европеоидными типами мтДНК. Монголоидная примесь незначительна. Около 20% выявленных митотипов характерны только для населения Южной Европы.
-
Эволюционный возраст типов мтДНК у восточных славян, рассчитанный по степени дивергенции нуклеотидных последовательностей контрольного региона, составляет 10-40 тысяч лет.
-
В митохондриальном генофонде восточных славян существует группа типов ДНК {ВатШ-Ъ/Mspl-A) со строгой ассоциацией между семью мутациями в кодирующих и некодирующих участках генома.
-
Высокое генетическое сходство между восточными славянами и современным населением Южной Европы свидетельствует в пользу представлений о южноевропейском происхождении основного генетического компонента славян.
-
Существует сходство между географическим распределением в популяциях европеоидных типов мтДНК (митогруппа ВатШ-Ъ/MspI-4) и биохимических маркеров (аллель АсР*С кислой фосфатазы эритроцитов).
-
Дифференциация населения Европы по типам мтДНК отражает характер неолитических миграций европеоидов из Передней Азии.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научных сессиях Института биологических проблем Севера ДВО РАН (Магадан, 1990, 1993, 1995); на семинаре по молекулярной эволюции в Институте арктической биологии Университета штата Аляска (Fairbanks, USA, 1994); 1(3)-м Всероссийском съезде медицинских генетиков (Москва, 1994); 1-й Международной научно-практ. конференции (Магадан, 1995); 3-й научной конференции аспирантов и соискателей (Магадан, 1996); межлабораторном семинаре Института биологических проблем Севера ДВО РАН (Магадан, 1996); межлабораторном семинаре «Общая и молекулярная генетика» ИОГен РАН (Москва, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста и включает 22 таблицы и 7 рисунков. Список литературы содержит 165 источников, в том числе 35 публикаций на русском языке.