В настоящее время появляются новые виды генетических исследований. Одним из последних направлений генетических анализов является генетическая генеалогия или, как ее еще называют, ДНК-генеалогия. В основе генетической генеалогии лежит определение гаплогруппы человека, к которой относится человек, генетический материал которого представлен для осуществления экспертизы.
Что такое гаплогруппа?
Сначала про «гапло». Все хромосомы человека парные, и каждая пара хромосом интенсивно обменивается фрагментами ДНК друг с другом. Поэтому уже через довольно короткое время нельзя проследить, от кого и по какой линии пришла данная мутация – от бабушек, дедушек или тетушек: гены из разных линий уже перетасованы, как карты в колоде. И счастливое (для реконструкции истории) исключение из этого правила составляет только одна хромосома — только Y хромосома, определяющая у человека мужской пол и передаваемая только по мужской линии. Отсюда появляется «гапло» в термине «гаплогруппа»- означающее одиночество Y хромосомы, ее непарность.
Теперь про «группу». Поскольку Y хромосоме не с кем обмениваться генами, то всегда можно определить все мутации, накопившиеся у данного мужчины ото всех его предков — вплоть до генетического Адама. Поэтому комплект индивидуальных мутаций Y хромосомы у каждого мужчины называют его «гаплотипом». А все Y хромосомы всех потомков дальнего предка, у которого произошла мутация, уже объединяют в «гаплогруппу». Принадлежность к этой гаплогруппе определяют по данной мутации, которая есть у всех потомков, унаследована ими от общего предка. Этот предок-основатель гаплогруппы мог жить сто тысяч лет назад, а более близкий общий предок — десять тысяч лет назад, а следующий общий предок — тысячу лет назад. И все их мутации зафиксированы в гаплотипах потомков. Поэтому все мутации Y хромосомы представляют в виде древа. И по Вашему индивидуальному гаплотипу мы можем проследить историю Вашей мужской линии во времени и в пространстве (отец — его отец- его отец и так далее до генетического Адама). Но, конечно, лишь в том случае мы сможем что-то сказать, если изучим для этого генофонды всех народов мира и корректно определим состав их гаплогрупп. Тогда и узнаем, где, скорее всего, обитали Ваши предки. А точность нашего рассказа будет зависеть от того, насколько полно и насколько тщательно мы изучили генофонды народов мира (ныне живущих и древних).
Добавить стоит, что есть еще одно счастливое исключение из правил: по нему мы можем проследить еще и женские линии – до генетической Евы. Этим заведует уже не хромосома, а митохондриальная ДНК (мтДНК). Это маленькая кольцевая молекула живет за пределами ядра клетки — в ее «энергетических станциях», митохондриях. Конечно же, митохондрии есть и у мужчин, вот только передать их потомству мужчины не могут: сперматозоид отбрасывает митохондрии и все лишнее, чтобы проникнуть в яйцеклетку. Поэтому и передается в поколениях мтДНК только по женской линии – от матери через дочек к их дочкам, а они своим и т.д. Если в потомстве не оказалось девочек – то накопившиеся мутации оборвут свой исторический путь. А каждый комплект индивидуальных мутаций мтДНК тоже называют гаплотипом, а группу потомков с характерной мутацией – тоже гаплогруппой. И так же, как и для Y хромосомы, строят филогенетическое древо гаплогрупп – но уже по женской линии, до генетической Евы.
Поэтому мужчины могут узнать свою гаплогруппу и своих предков по обеим линиям – и мужской (поскольку у них есть Y хромосома), и по женской (поскольку у них есть мтДНК). А вот у женщин можно определить гаплогруппу и своих предков только по женской линии. И именно поэтому в экспедициях собирают выборку только мужчин – чтобы иметь возможность изучить все линии и все стороны генофонда популяции.
О мутациях в Y-хромосоме
Мутации в данном случае – это ошибки организма при копировании Y-хромосомы. Фермент под названием ДНК-полимераза (а на самом деле вместе с целым набором молекулярных инструментов) или просто ошибается и делает некоторые участки ДНК короче или длиннее, удлиняя или сокращая повторы нуклеотидов, или «ремонтирует» поврежденные участки, и в ходе «ремонта» удаляет повреждение (эта операция называется «делеция») или «вшивает» новый нуклеотид (называется «вставка», или «инсерт»). Если бы это было в зоне генов, то ребенок или родился бы мертвым или долго не прожил, либо получил бы ту или иную наследственную болезнь, в зависимости от того, какой ген испорчен. Или же, наоборот, приобрел бы полезные признаки.
Мутации, которые интересуют генетическую генеалогию, бывают двух типов – или изменение числа повторов, тандемов (STR - Short Tandem Repeats.), или «точечные», однонуклеотидные (SNP – Single Nucleotide Polymorphism). И вот оказалось, что многие повторы нуклеотидов находятся у разных людей в одних и тех же участках Y-хромосомы. Эти участки биохимиками уже пронумерованы, классифицированы и сведены в списки. Они получили название «маркеры». Набор маркеров, точнее, повторов в них, называется «гаплотип». Уже известных маркеров многие сотни. И они, как правило, одни и те же у всех людей на Земле. Отличаются только числом повторов, что вызвано теми самыми ошибками ферментов при копировании из поколения в поколение. Внимательное рассмотрение маркеров и гаплотипов позволило сделать вывод, что все люди на Земле произошли от одного предка.
По числу мутаций в гаплотипах можно высчитать, когда жил общий предок группы людей, гаплотипы которых мы рассматриваем. Мы не будем здесь останавливаться на том, как именно ведутся расчеты. Суть такова, что чем больше мутаций в гаплотипах группы людей – тем древнее их общий предок. А поскольку мутации происходят с определенной средней скоростью, то время жизни общего предка группы людей, принадлежащих к одному роду, вычисляется довольно надежно.
Но есть еще один тип мутации – помните? Точечные мутации, однонуклеотидные. Они – практически вечные. Раз появившись, они уже не исчезают. Теоретически, в том же нуклеотиде может произойти другая мутация, изменив первую. Но нуклеотидов – миллионы, и вероятность такого события крайне мала. Всего в хромосомах насчитали более трех миллионов точечных мутаций, и генеалоги нашли применение нескольким тысячам. Эти точечные мутации называют «снипы», от английского сокращения SNP, что и расшифровывается примерно как «единичная нуклеотидная мутация».Так вот, те, кто в древности покинул свой род по своей или чужой воле, всегда имели в своей Y-хромосоме эти самые снипы, причем во множестве. Все они передавались сыновьям, в результате того самого копирования ДНК от отца к сыну. Так что все мы имеем и тандемные мутации, и снипы. Из нескольких тысяч снипов, которым генеалоги нашли применение, часть оказались удачными метками определенных популяций на Земле. В древности большинство людей передвигались племенами, родами. Род, по определению, это группа людей, связанных родством. То есть гаплотипы у них одинаковые или близкие. Проходили тысячелетия, численность родов порой сокращалась до минимума (генетики говорят – род проходит через бутылочное горлышко популяции), и если выживший имел некоторую мутацию в гаплотипе, то его потомки уже «стартовали» с этой новой мутацией. Некоторые люди покидали род по своей или чужой воле – плен, бегство, путешествия, военные походы, и выжившие начинали новый род на новом месте. В итоге карта мира с точки зрения генетической генеалогии получилась пятнистой, и каждое пятно порой имеет свой превалируюший гаплотип, гаплотип рода. Такой наиболее популярный гаплотип на определенной территории называют «модальным». Часто он и есть гаплотип предка, начавшего род на данной территории. Их, эти роды, потомки которых несут соответствующие метки в ДНК, назвали «гаплогруппы».
Так вот, генеалогический анализ Y хромосомы — это и есть определение числа повторов в каждом маркере (STR) и выявление присущих вам снипов (SNP). Гаплотипы – вторичны по отношению к снипу. Снип определяет принадлежность индивидуума к гаплогруппе, гаплотипы эту принадлежность иллюстрируют. Гаплотипы и их мутации показывают, как далеко потомок ушел от общего предка, общего с другим сородичем из той же гаплогруппы.
СТР (STR) и снип (SNP)
12 24 14 11 11-14 12 12 13 13 14 28 17 09-10 11 11 25 15 19 29 14-15-18-18 11 11 19-22 18 16 17 17 34-37 12 12 11 09 15-16 08 10 10 08 10 11 12 23-23 17 10 12 12 15 08 12 21 20 13 12 11 13 12 11 12 12
Приведенная выше цепочка цифр называется “гаплотип”. У каждого мужчины гаплотип свой. Если у двоих совпадают – близкие родственники. Если не совпадают – все равно родственники, но более отдаленные. Чем дальше несовпадение – тем дальше общий для двоих предок. Самый дальний общий родственник – “Y-хромосомный Адам”. Но у многих общие родственники по времени ближе. У кого-то общий предок жил 5 тысяч лет тому, у кого-то 900 лет назад, у некоторых – совсем рядом, общий дедушка.
Стандартные генеалогические тесты проводят по 12, 25, 37, 67 или 111 маркерам.
Упомянутый выше 67 маркерный гаплотип принадлежит Мише Азнавуру - сыну знаменитого шансонье Шарля Азнавура.
А вот, к примеру, 67 маркерный гаплотип Хачатура Абовяна - армянского писателя, педагога и этнографа:
12 23 14 11 13-15 12 12 12 13 13 30 17 09-10 11 11 25 15 19 28 14-15-15-19 12 12 19-23 16 15 18 17 34-38 12 12 12 09 15-16 08 10 10 08 11 10 12 22-23 15 10 12 12 17 08 11 23 20 13 12 11 13 11 11 12 12
А это 67 маркерный гаплотип гаплотип потомка Ованеса Туманяна -армянского поэта и писателя, общественного деятеля:
12 25 13 11 11-14 12 13 12 13 14 30 17 09-09 11 11 23 15 19 29 14-15-16-17 10 12 19-22 18 15 17 17 35-36 12 12 11 09 15-16 08 10 10 08 11 11 12 23-23 16 10 12 12 16 07 14 22 20 13 13 11 13 11 11 12 12
Для наглядности, привожу вашему вниманию, на рисунке снизу, гаплотипы Азнавура, Абовяна и Туманяна. Различия в маркерах изображены зеленым (в 1 шаг), желтым (в 2 шага) цветами. Как можно заметить, между данными гаплотипами большое количество мутаций (47 мутаций на троих). Это говорит нам о том, что ближайший общий предок всех трёх жил ещё до н.э..
А теперь, давайте рассмотрим галотипы армян, которые указали своим предком Мелика Шахназара I – Melik Shahnazar I 16tC Gegharkunik Armenia. Между 5 гаплотипами данных армян число мутаций – 9. Это говорит нам о том, что все эти армяне действительно являются потомками одного человека, жившего всего лишь 531±243 лет назад.
Или, к примеру, рассмотрим галотипы армян, которые указали своим предком Гасан-Джалала Дола – Pr. Hasan Jalal Dawla, 13th C., Khachen, Artsakh. Между 4 гаплотипами данных армян число мутаций – 5. Это также говорит нам о том, что все эти армяне действительно являются потомками одного человека, жившего всего лишь 255±107 лет назад.
Как вы, надеюсь, поняли, по числу мутаций в гаплотипах можно высчитать, когда жил общий предок группы людей, гаплотипы которых мы рассматриваем. Мы не будем здесь останавливаться на том, как именно ведутся расчеты. Суть такова, что чем больше мутаций в гаплотипах группы людей – тем древнее их общий предок.
Рассмотрим к каким гаплогруппам (ветвям) относятся вышеупомянутые Азнавур, Абовян и Туманян. Как говорилось выше: снип (SNP), т.е. точечная мутация, произошедшая когда-то у предка, определяет принадлежность человека к той или иной гаплогруппе.
К примеру, у Азнавура по гаплотипу прогнозируется снип Y4364, у Абовяна прогнозируется снип L584, а у Туманяна снип Z2106. Все эти снипы относятся к гаплогруппе R1b и являются одними из её нижерасположенных ветвей. А почему написано, что у них прогнозируется? – А по тому, что у них не протестированы эти самые снипы, чтобы можно было точно утверждать, что у них эти снипы имеются в наличие и они, соответственно, относятся к данным ветвям гаплогруппы R1b. Поэтому, им необходимо заказать данные снипы.
Цепочка снипов Азнавура, согласно сервису YFull (https://www.yfull.com/tree/R1b/), выглядит так:
M343→L278→L754→L389→P297→M269→L23→Z2103→Y4364
Цепочка снипов Абовяна:
M343→L278→L754→L389→P297→M269→L23→Z2103→L584
Цепочка снипов Туманяна:
M343→L278→L754→L389→P297→M269→L23→Z2103→Z2106
Как можно заметить, у Азнавура, Абовяна и Туманяна цепочка снипов одинакова вплоть до Z2103. Ещё бы, ведь они все относятся к гаплогруппе R1b. Снип Z2103 предковый по отношению и к Y4364, и к L584, и к Z2106, т.е. и Y4364, и L584, и Z2106 являются потомками Z2103. Получается, что Азнавур, Абовян и Туманян имеют общего предка. Когда жил этот общий предок? Согласно сервису YFull (https://www.yfull.com/tree/R1b/) снип и соответственно ветвь Z2103 зародилась около 6300±700 лет назад, т.е. общий предок всех трех жил около 6300±700 лет назад. Нам не известно, кем был этот предок и как его звали, но нам известно, что всем свои потомкам он передал снип мутацию Z2103.
Так вот, генеалогический анализ Y хромосомы — это и есть определение числа повторов в каждом маркере гаплотипа (STR) и выявление присущих вам снипов (SNP). Гаплотипы – вторичны по отношению к снипу. Снип определяет принадлежность индивидуума к гаплогруппе или нисходящим ветвям гаплогруппы, гаплотипы эту принадлежность иллюстрируют. Гаплотипы и их мутации показывают, как далеко потомок ушел от общего предка, общего с другим сородичем из той же гаплогруппы.
