Генетика, 2021, T. 57, № 12, стр. 1356-1375

Образцы и генотипы

Атлас генетического контроля пигментации основан на ДНК-профилях 1153 образцов из множества популяций, охватывающих основное генетическое разнообразие коренного населения России и сопредельных стран. Образцы ДНК получены из Биобанка Северной Евразии и собраны на основе добровольного участия и письменного информированного согласия под контролем Этической комиссии Медико-генетического научного центра. Образцы получены от неродственных между собой представителей коренного населения, которые в трех поколениях (включая обоих бабушек и дедов) относили себя к данному этносу и происходят из одной популяции (подробно подходы к сбору образцов описаны в [21]). 1153 образцов, генотипированных в данном исследовании, не включают в себя 301 образец, секвенированный в нашей предыдущей работе [18]. Для целей данного исследования были выделены 22 метапопуляции, набор которых охватывает основное генетическое разнообразие населения Северной Евразии. Затем из коллекций биобанка отбирались образцы, относящиеся к каждой из метапопуляций, таким образом, чтобы выборка из каждой метапопуляции составила около 50 образцов. При этом мы стремились охватить и разнообразие внутри метапопуляций, например включить образцы не одной, а нескольких этнических или субэтнических групп в пределах метапопуляции. Предпочтение отдавалось образцам, по которым в биобанке имелись не только биологические образцы, но и антропологические фотографии для возможности определения фенотипа. Перечень изученных популяций представлен в табл. 1, причем номера метапопуляций соответствуют номерам, подписанным на всех картах в местах их расположения.

Генотипирование проведено с использованием чипа индивидуального дизайна Infinium iSelect HD Custom BeadChip (Illumina, США) на платформе iScan (Illumina, США). Программой GenomeStudio v2.0 сформирована для каждого образца интегральная оценка качества полученных результатов CallRate, которая для всех образцов составила не менее 0.99. С помощью программного обеспечения PLINK извлечены генотипы по 31 ДНК-маркеру, используемому в отечественном предикторе пигментации: 15 маркеров наиболее важны, а 16 имеют меньший вес при расчете вероятности того или иного фенотипа [18, 19]. На основании полученных генотипов были рассчитаны частоты встречаемости каждого маркера в каждой метапопуляции. Эти частоты представлены в табл. 2 (для 15 наиболее важных маркеров) и в табл. 3 (для 16 менее значимых маркеров).

В табл. 2 и 3 для каждого аллеля приведены показатели его генетического вклада в пигментацию глаз (C_E), волос (С_H) и рыжины волос (C_R), также указан суммарный вклад (C) во все три признака (каждый из которых взят по модулю). Генетический вклад референсного и альтернативного аллелей одинаков по величине, но различен по знаку. Из двух аллелей в таблицах приведен тот, который контролирует светлую пигментацию глаз, светлую пигментацию волос и рыжину волос. Поэтому положительный знак генетического вклада указывает на контроль светлой пигментации, отрицательный знак указывает, что этот маркер контролирует темную пигментацию (или отсутствие рыжины). Поскольку со светлой пигментацией оказались связаны преимущественно альтернативные аллели, в таблице они указаны без индекса, а для референсных аллелей указан верхний индекс R (A^R, C^R, G^R, T ^R).

В таблицах также указано, какие 13 из 31 ДНК-маркеров присутствуют в зарубежных криминалистических панелях: шесть ДНК-маркеров из панели HIrisPlex указаны как H и семь из панели HIrisPlex-S указаны как H-S. Остальные 18 ДНК-маркеров были выявлены в наших предыдущих работах как важные для генетического контроля пигментации коренного населения России и сопредельных стран.

Определение чувствительности предикции

При анализе чувствительности предикции пигментации анализировались генотипы только тех индивидов, для которых имелись качественные цветные фотографии. Поэтому в выборку не вошли шесть метапопуляций: три зарубежные (№ 6, 15, 17) и три российские (№ 4, 5, 13). Часть метапопуляций с малой выборкой фенотипированных образцов была объединена с более многочисленными в три региональные группы: 1) центральные русские популяции и Мордовия; 2) популяции, фенотипически пограничные между европейскими и азиатскими (угры, Казахстан, Южный Урал, Таджикистан); 3) народы Восточного Кавказа и Закавказья. Остальные восемь метапопуляций (№ 1, 2, 3, 6, 10, 19, 20, 21) обладали большими фенотипированными выборками и каждая из них сформировала собственную региональную популяцию. Суммарный объем выборки полученных 11 региональных популяций (три объединенных и восемь исходных метапопуляций) составил 425 образцов. Пигментация определялась по цветным антропологическим фотографиям по стандартным антропологическим шкалам (цвет глаз по шкале Бунака, цвет волос по шкале Фишера), а затем сводилась к трем дихотомическим признакам: цвет глаз (темный, светлый), цвет волос (темный, светлый), рыжина волос (наличие, отсутствие). Поскольку для этих образцов имелись и генотипы, и фенотипы, для них была возможность сравнить фенотип, предсказанный по генотипу, и фенотип, определенный по фотографиям. Это позволило рассчитать чувствительность предикции для 11 региональных популяций и построить карты региональной чувствительности предикции цвета глаз и волос.

Картографический анализ

По частотам аллелей, приведенным в табл. 2 и 3, построены 62 карты распространения 62 аллелей 31 ДНК-маркеров, используемых для предикции цвета глаз и волос. Для удобства чтения в таблицах и в тексте частоты выражены в процентах, но на картах традиционно приведены в долях от 1. Для каждой метапопуляции в таблицах указан номер, по которому ее легко найти на картах.

Картографирование распространенности ДНК-маркеров выполнено способом послойной окраски на основе сеточной цифровой модели, представляющей собой матрицу значений картографируемого показателя (частот встречаемости) в узлах регулярной квадратной сетки в проекции карты. Исходными данными для создания модели служат географические координаты i-той метапопуляции (точка p_i) и значение частоты ДНК-маркера (q_i) в ней. Значение частоты q в каждом узле регулярной сетки p вычисляется с использованием процедуры средневзвешенной интерполяции [22]:

где суммирование ведется по всем опорным точкам p_i, попавшим в круг радиуса R с центром в точке p, а через sd (p, p_i) обозначено расстояние между точками p и p_i на сфере (координаты точки p в проекции при этом пересчитываются в широту и долготу). Для карт атласа моделирование выполнялось с параметрами R = 3000 км и k = 3.

Тематическое содержание карт включает непрерывное поле частот признака, показанное способом послойной окраски с наложением аналитической отмывки рельефа [23]; изображение рельефа совмещено с тематическим содержанием с использованием оригинального алгоритма [24], позволяющего визуально воспринимать цвета на карте с таким синтезированным изображением в соответствии с цветами шкалы. Базовые слои картографической основы едины для всех карт атласа и включают в себя береговую линию, объекты гидрографии (крупные реки и озера), государственные границы, столицы государств в векторном формате, рельеф в виде сеточной цифровой модели (источник – GMTED2010 [25]). Для всех карт атласа использована одна и та же цветовая и числовая шкала, входящая в легенду каждой карты и создающая единство атласа.

Легенда карты включает также статистическую информацию: количество метапопуляций “K”, минимальное “min”, максимальное “max” и среднее “avr” значения признака, рассчитанные по цифровой модели карты. Аналогичные статистические показатели рассчитаны по информации табл. 2 и 3 и приведены в этих таблицах: минимальные q_MIN, максимальные q_MAX и средние q_MEAN частоты, показатель межпопуляционного разнообразия G_ST, общего генетического разнообразия H_T, среднего внутрипопуляционного разнообразия H_S. Средние картографированные частоты (указанные в легенде карты) закономерно отличаются от табличных (указанных в таблицах), поскольку учитывают важнейший параметр популяции – ее ареал, а ареалы метапопуляций резко различны, как различны ареалы этносов, входящих в метапопуляции, – от минимальных на Кавказе до огромных в Сибири. Поэтому карты несут больше информации, чем таблицы, но при интерпретации карт полезно ориентироваться на дополнительную информацию, приведенную в таблицах.

Все построенные карты (62 карты распространения отдельных аллелей и 6 карт показателей чувствительности) приведены в Приложении. Важнейшие карты представлены также на рисунках в статье.

Карты распространения ДНК-маркеров с наибольшим вкладом в цвет глаз и волос

Рассмотрение атласа следует начать с карт двух ДНК-маркеров с наибольшим вкладом в генетический контроль пигментации (рис. 1,а, б; табл. 2) – они оба относятся к гену HERC2, оба включены в криминалистическую панель HIrisPlex-S, средние частоты обоих приближаются к 50%, частота варьирует в почти максимальных пределах (0 < q < < 93%) и межпопуляционное разнообразие обоих велико (G_ST = 0.39). Но когда мы переходим к оценке их вклада в контроль пигментации, обнаруживаем значительные различия между ними. Суммарный вклад HERC2_rs1129038_T в пигментацию максимален (С = 2.03) и в 3 раза больше, чем вклад HERC2_rs12913832_G (С = 0.68). Еще существеннее различия в том, какие признаки они контролируют: если второй ДНК-маркер отвечает только за светлый цвет глаз (C_E = 0.68), то первый не тольков 2 раза мощнее контролирует светлый цвет глаз (C_E = 1.31), но крайне велико и его влияние на формирование светлого цвета волос (С_H = 0.71). Хотя многие другие ДНК-маркеры также контролируют два или даже все три признака пигментации, но HERC2_rs1129038 уникален крайне большой величиной вклада в контроль пигментации (С = 2.03): она в 5 раз сильнее, чем в среднем у ДНК-маркеров, представленных в табл. 2, и в 17 раз сильнее, чем в среднем у ДНК-маркеров, представленных в табл. 3.

Но несмотря на столь существенные различия в контроле пигментации, карты обоих маркеров практически неотличимы (рис. 1,а, б) и можно дать их общее описание. Минимальные значения (1 ≤ q ≤ 6%) охватывают коренное население Дальнего Востока, Монголии и Южной Сибири. На Алтае-Саянах, в Казахстане и Таджикистане они несколько выше (13 ≤ q ≤ 17%). Еще выше частоты “осветления” на Кавказе, в Закавказье и в степях Южного Урала (27 ≤ q ≤ 38%). С частотой выше средней эти ДНК-маркеры обнаружены в столь географически разобщенных популяциях, как обские угры (q = 46%) и славяноязычные македонцы Южной Европы (q = 49%). Еще выше частота ДНК-маркеров, контролирующих светлую пигментацию, в Приуралье у чувашей, марийцев и коми-пермяков (62 ≤ q ≤ 74%). Максимальные значения охватывают ареал от Мордовии (q = 78%) до западных финноязычных популяций карел и ижоры (q = 93%). Популяции всех восточных славян занимают промежуточное положение (79 ≤ q ≤ 85%) между западными и приуральскими финно-уграми.

Третий ДНК-маркер этого гена –HERC2_rs12916300_T – обладает только вкладом в формирование светлых глаз (C_E = 0.45) при отсутствии вклада в цвет волос. Однако карта его распространения столь неотличима от двух предыдущих, что мы ее не приводим, тем более что почти полное сходство распространения всех трех ДНК-маркеров подтверждает табл. 2.

Четвертый ДНК-маркер гена HERC2, HERC2_rs2238289_A (рис. 2,а), вошедший в число семи наиболее важных генов пигментации, по ряду параметров своеобразен. Вклад его в пигментацию несколько меньше, но он входит в панель HIrusPlex (табл. 2) и в отличие от трех вышерассмотренных маркеров этого гена отвечает только за осветление волос (С_H = 0.40). Также в 2 раза ниже размах изменчивости его частоты (56 ≤ q ≤ 100%) и в 5 раз меньше его межпопуляционное разнообразие (G_ST = 0.089). Карта его распространения (рис. 2,а) отражает эти различия: в ней нет такого буйства цвета, как на рис. 1: она окрашена в красноватые цвета высоких частот, указывающие на повсеместное распространение этого ДНК-маркера, отвечающего за осветление волос. В целом на карте сохраняется общий для всех маркеров, связанных со светлой пигментацией, градиент частоты увеличения ее с востока на запад. Но в распространении этого ДНК-маркера есть свои особенности. Например, минимальная частота HERC2_rs2238289_A характерна для тунгусов (q = 56%, популяция № 3), в то время как у других народов Дальнего Востока частота несколько выше: на Камчатке q = 64%, на Амуре q = 68%. Хотя наблюдается тот же градиент увеличения частоты маркера от приуральских финнов (q = 86%) к западным (q = 100%), но среди популяций восточных славян наибольшая частота приходится на Русский Север (q = 97%, популяция № 13).

Карта распространения SLC45A2_rs35407_G (рис. 2,б) на первый взгляд похожа на карты рис. 1: сходство возникает из-за столь же высокой изменчивости этого маркера – и частоты (12 ≤ q ≤ 100%), и межпопуляционного разнообразия (G_ST = 0.45). Этот ДНК-маркер оказывает влияние на все три признака пигментации: и на осветление волос (С_H = 0.40), и на осветление глаз (C_E = 0.20), и даже небольшое влияние на рыжину волос (C_R = 0.02). Но при общем сходстве с картами рис. 1 распространение SLC45A2_rs35407_G (рис. 2,б) обнаруживает любопытные отличия. Во-первых, наблюдается более резкий переход от низких значений частоты к высоким. Область минимальных значений (12 ≤ q ≤ 27%) простирается вплоть до Алтае-Саян. Переход к значениям выше среднего начинается лишь в Казахстане. Повышенные частоты теперь захватывают даже Таджикистан (q = 68%). Область высоких значений частоты охватывает здесь не только Приуралье (77 ≤ q ≤ 83%), но и обских угров (q = 74%). Но наиболее ярко своеобразие этого ДНК-маркера проявляется на Кавказе: если на картах рис. 1 кавказские частоты колебались около q = 30%, то на карте рис. 2,б они достигают q = 90%. Обратим особое внимание и на высокую частоту (q = 93%) у коми-пермяков (популяция № 21): если на картах рис. 1 она находилась в диапазоне между частотами у марийцев и чувашей, то теперь перешла в кластер наибольших значений (91 ≤ q ≤ 100%), охватывающий популяции Мордовии (№ 18), западных финноязычных популяций и восточных славян, достигая максимума на Русском Севере (№ 13).

Особенность карт двух ДНК-маркеров, распространение которых представлено на рис. 3, связана с их низкой изменчивостью (0.03 < G_ST < < 0.05). Однако их вклад в генетический контроль пигментации значителен (для гена TP63 С = 0.56; для MC1R С = 0.61), поэтому детально рассмотрим карты их распространения.

ДНК-маркер TP63_rs6804480_T (рис. 3,а) оказывает влияние и на осветление волос (С_H = 0.44), и на осветление глаз (C_E = 0.12). Размах изменчивости его частот (13 ≤ q ≤ 56%), всего в 2 раза меньше, чем SLC45A2_rs35407_G (рис. 2,б), но межпопуляционная изменчивость G_ST ниже почти в 10 раз, что отражено на карте (рис. 3,а) в сглаженном генетическом рельефе. Но при этом паттерны обеих карт (рис. 3,а и 2,б) в целом схожи. Обращает на себя внимание, что коми-пермяки (№ 21) вновь входят в кластер популяций с высокими частотами, превосходя по частоте и русские популяции, и мордовские. Незначительные отличия карты гена TP63 связаны, например, с тем, что область минимальных значений достигает обских угров; Кавказ и Приуралье входят в область средних, а не высоких значений частоты; а в Таджикистане, напротив, очень высока частота этого маркера.

ДНК-маркер MC1R_rs1805007_T (рис. 3,б) демонстрирует паттерн карт с крайне низкими частотами и малой изменчивостью (0 ≤ q ≤ 13%, G_ST = 0.032). При этом его генетический вклад в осветление волос велик (С_H = 0.40), а вклад в рыжину волос достигает максимальной величины (C_R = 0.21). Видимо, именно поэтому он включен в панель HIrusPlex-S (табл. 2). Генетический рельеф карты выражен очень слабо. Можно лишь отметить некоторое повышение частоты маркера на Русском Севере, у карел и на Западном Кавказе. Явным лидером вновь выступают коми-пермяки, у которых частота этого маркера, связанного с рыжиной волос, достигает максимума и в 6 раз выше средней частоты карты.

Рассмотрев семь ДНК-маркеров с наибольшим вкладом в контроль пигментации волос и глаз, мы увидели весь основной спектр паттернов пространственной изменчивости (см. Приложение, рис. П.1–П.31 ): от резко выраженного генетического рельефа с ярко обозначенными западным и восточным “полюсами” до крайне сглаженного рельефа. Поэтому для остальных ДНК-маркеров из табл. 2 (с вкладом в один из признаков в интервале от 0.3 до 0.4) можно привести лишь краткое описание карт (напомним, что сами карты приведены в Приложении).

Карты распространения ДНК-маркеров с генетическим контролем цвета глаз и волос от 0.4 до 0.3

DEF8_rs8051733_G (рис. П.5 ), входящий в панель HIrisPlex-S, оказывает влияние только на осветление волос (С_H = 0.39). При средней величине диапазона частот (9 ≤ q ≤ 43%) очень мала его межпопуляционная изменчивость (G_ST = 0.031). Поэтому на карте нет даже слабовыраженного градиента “восток–запад”: минимальные частоты приходятся на народы Камчатки (коряки и чукчи) и на восточных славян (украинцев и белорусов), максимальные – на тунгусов Дальнего Востока, народы Южной Сибири, коми-пермяков и Русский Север.

EDAR_rs3827760_A (рис. П.6 ) оказывает такое же влияние на осветление волос (С_H = 0.38) и слабый вклад в рыжину C_R = 0.02. Но размах изменчивости (22 ≤ q ≤ 99%) и особенно межпопуляционная изменчивость (G_ST = 0.54) огромны. Паттерн карты в целом схож с представленными на рис. 1,а, б и 2,б. Градиент частоты на карте выражен удивительно ярко: на Дальнем Востоке частота мала (1 ≤ q ≤ ≤ 12%), а уже начиная с Приуралья и далее на запад ДНК-маркер достигает максимальный частоты (90 ≤ q ≤ 99%). Но не менее яркой особенностью распространения этого ДНК-маркера, контролирующего светлый цвет волос, являются максимальные частоты на Кавказе (93 ≤ q ≤ 99%) и в Таджикистане (q = 97%). При этом в Казахстане его частота в 2 раза ниже (q = 49%), а в Южной Сибири падает еще в 2 раза (q = 22%).

SPATA33_rs71396951_C (рис. П.28 ) схож с ДНК-маркером MC1R_rs1805007_T (рис. 3,б) не только крайне низкими частотами и малой изменчивостью (0 ≤ q ≤ 13%, G_ST = 0.032), но и генетическим вкладом как в осветление волос (С_H = 0.33), так и вторым по значимости вкладом в их рыжину (C_R = 0.13). Карты их распространения очень похожи: очень слабый градиент увеличения частоты с Дальнего Востока на запад, но самые высокие частоты вновь приходятся на коми-пермяков.

SLC45A2_rs28777_A (рис. П.26 ) обладает тем же паттерном, как и другой ДНК-маркер этого гена (рис. 2,а), при столь же высокой изменчивости (12 ≤ q ≤ 100%; G_ST = 0.433). Хотя его вклад в пигментацию заметно ниже за счет меньшего влияния на цвет глаз, но и он оказывает влияние на все три анализируемых признака: и на осветление волос (С_H = 0.32), и на осветление глаз (C_E = 0.08), и на рыжину волос (C_R = 0.05). Карты распространения обоих аллелей очень схожи: те же закономерности при небольшом различии частот.

RALY_rs6059655_A (рис. П.20 ) оказывает такое же влияние на осветление волос (С_H = 0.32), как и предыдущий маркер, но его генетический рельеф отличается кардинально: эти два маркера представляют собой два полюса паттернов – максимальной и минимальной изменчивости. Но даже при столь низкой вариабельности RALY_rs6059655_A (0 ≤ q ≤ ≤ 8%; G_ST = 0.02) на его карте все же есть градиент возрастания частоты от Дальнего Востока к европейской части России. При этом максимальные частоты приходятся как на восточных славян (русских, украинцев, белорусов), так и на Таджикистан.

LOC100996492_rs12915889_T (рис. П.14 ) вновь влияет только на осветление волос (С_H = 0.31). Несмотря на то что его частоты колеблются около 0.6, межпопуляционная изменчивость очень мала (G_ST = 0.03). Своеобразие генетического рельефа его карты проявляется в повышении частоты не только на западе Северной Евразии, но и на востоке (у тунгусов Дальнего Востока), и на юге (монголы).

RUNX2_rs2820339_G (рис. П.23 ) вторит по основным показателям предыдущему маркеру: он также связан только с осветлением волос (С_H = 0.31), частоты колеблются около 0.7, межпопуляционная изменчивость столь же мала (G_ST = 0.02). Но его пространственное распределение резко отличается от всех остальных ДНК-маркеров пигментации: максимальные частоты сосредоточены на востоке (74 ≤ q ≤ 86%) и на юге (монголы, алтайцы; 74 ≤ q ≤ ≤ 82%) Северной Евразии. В то время как в Европе наибольшие значения обнаруживаются лишь у македонцев и коми-пермяков (72 ≤ q ≤ 73%). Такое же нестандартное распределение – с максимумом на востоке и минимумом на западе демонстрирует карта еще одного гена – OCA2_rs2871886_С (рис. П.18 ). Он имеет небольшой положительный вклад (табл. 3) в осветление волос (С_H = 0.14) и слабый вклад в темные оттенки цвета глаз (C_E = –0.02). Однако, несмотря на высокую частоту на востоке и положительный вклад в светлые оттенки волос, ни одному из образцов на востоке Евразии, обладающих этими ДНК-маркерами, не были предсказаны светлые волосы. Это означает, что на востоке при генетическом определении цвета волос больший вес имеют другие ДНК-маркеры. Видимо, эти два ДНК-маркера улучшают предикцию светлых волос на западе, при этом практически не влияя на предикцию цвета волос на востоке ареала.

GLB1_rs72856153_T (рис. П.8 ) отличается от большинства других ДНК-маркеров альтернативным генетическим контролем пигментации волос и глаз: осветление цвета глаз (C_E = 0.28), но потемнение цвета волос (С_H = –0.12). При этом хорошо выражены и межпопуляционная изменчивость (G_ST = 0.12), и генетический рельеф: минимальные частоты на востоке и юге (46 ≤ q ≤ 66%), максимальные у всех восточных славян, в Мордовии и у западных финно-угров (90 ≤ q ≤ 93%), причем область высоких частот полностью захватывает и весь Кавказ (81 ≤ q ≤ 88%).

Карты распространения ДНК-маркеров с небольшим генетическим контролем цвета глаз и волос (C < 0.3)

Характеристики карт распространения остальных 16 ДНК-маркеров с меньшим вкладом в генетический контроль пигментации даны в табл. 3. Не входя в описание каждой карты, укажем принадлежность к уже описанным паттернам распространения в популяциях России и сопредельных стран и рассмотрим только наиболее яркие отклонения от этих паттернов.

Паттерн огромного диапазона частот, отраженный на рис. 2,б, еще ярче выражен на карте распространения ДНК-маркера SLC24A5_rs1426654_A (рис. П.25 ): при минимуме на Дальнем Востоке (5 ≤ q ≤ 9%) максимальные частоты (95 ≤ q ≤ 100%) охватывают не только всю Восточно-Европейскую равнину, но и весь Кавказ, волной высоких частот захватывая обских угров (q = 76%) на севере и Таджикистан на юге (q = 92%). Другие ДНК-маркеры – SLC24A4_rs12588868_T (рис. П.24 ) и HERC2_rs7494942_G (рис. П.11 ) – демонстрируют уже намного более сглаженный генетический рельеф карты, но западный и восточный “полюса” сохраняют свои ареалы. На остальных картах с очень низкой межпопуляционной изменчивостью также обнаруживаются эти два полюса, но ареалы их очень размыты – настолько, что на карте FANCA_rs75570604_C (рис. П.7 ) с малым диапазоном частоты (0 ≤ q ≤ 13%) уже практически исчезают.

Многие их этих карт демонстрируют любопытные отклонения от общего паттерна. Например, на карте TYR_rs1042602_A (рис. П.30 ) при выраженной межпопуляционной изменчивости (G_ST = 0.12) и при четком градиенте роста частоты “восток–запад” максимальные частоты ярко проявляются только на Кавказе (43 ≤ q ≤ 48%). На карте ДНК-маркера C19orf45_rs685034_C (рис. П.3), отличающегося самой низкой межпопуляционной изменчивостью (G_ST = 0.02), “западный полюс” вновь наиболее ярко проявляется на Кавказе (61 ≤ q ≤ 70%). При этом максимальный всплеск частоты (q = 77%) неожиданно приходится на центральную часть Северной Евразии – на обских угров. На другой карте (ANKRD11_rs3114908_T, рис. П.2), напротив, именно на обских угров приходятся минимальные значения (q = 17%), а максимумы (35 ≤ q ≤ 48%) разбросаны географически хаотично, приходясь не только на западных финно-угров, русские и мордовские популяции, но и на Южную Сибирь, и на Дальний Восток.

На карте CACNA2D3_rs11283625_A (рис. П.4) область максимальных частот своеобразно охватывает западной дугой популяции от Русского Севера до Восточного Кавказа, оставляя Поволжье и Приуралье в области более низких частот. А на карте rs34191540_T (рис. П.22 ), демонстрирующей значительное генетическое разнообразие (19 ≤ q ≤ 100%; G_ST = 0.18), зона высоких частот, достигающая максимума (q = 100%) в Приуралье и на Восточном Кавказе, заходит за Урал, включая в себя не только обских угров (q = 68%), но неожиданно появляясь даже на Камчатке (q = 69%). Так что для минимальных значений остается только юго-восточный ареал – от Амура (q = 19%) до Монголии (q = 27%).

Географическое распределение чувствительности предикции цвета глаз и волос

Чувствительность предикции определяется как отношение числа образцов, которым по генотипу был предсказан определенный фенотип (и которые действительно им обладают), к общему числу индивидов с данным фенотипом. Поскольку для этого надо иметь не только образцы ДНК, но и качественные цветные фотографии представителей коренного населения России, выборка для анализа чувствительности меньше, чем для основной части атласа: она включила 11 региональных популяций, для каждой из которых рассчитаны показатели чувствительности (для бинарных признаков они характеризуют и специфичность альтернативного фенотипа). Шесть карт (чувствительности предикции шести фенотипов) представлены в Приложении (рис. П.32–П.34 ). На рис. 4 приведены две из шести карт – для чувствительности предикции темных глаз и темных волос, поскольку эти фенотипы (в отличие от светлой пигментации) распространены повсеместно.

Чувствительность предикции признака “темный цвет глаз” (рис. 4,а) очень высока, составляя в среднем по 96% (по картографированным значениям – 98%). Минимальные значения приходятся на популяции русских и Мордовии (р = 76%). Немногим выше показатель у тюрок Приуралья (р = 89%) и марийцев (р = 93%). В остальных региональных популяциях чувствительность максимально высока: 98 < р < 100%.

Чувствительность предикции признака “темный цвет волос” (рис. 4,б) ненамного ниже: в среднем по популяциям 88% (по картографированным значениям – 92%). Минимальные значения вновь приходятся на популяции русских и Мордовии (р = 69%), но также и на коми-пермяков (р = 70%). Несколько снижен (82 < р < 89%) показатель вновь у тюрок Приуралья и у марийцев, но также у западных финно-угров и на Западном Кавказе. В остальных метапопуляциях чувствительность высока: 93 < р < 100%.

Чувствительность предикции “отсутствие рыжины волос” имеет очень сходный паттерн: в среднем по популяциям 84% (по картографированным значениям – 87%). Минимальные значения приходятся вновь на коми-пермяков (р = 60%) и на популяции русских и Мордовии (р = 67%). Несколько снижен (71 < р < 85%) показатель вновь у тюрок Приуралья, Марий Эл и на всем Кавказе. В остальных метапопуляциях чувствительность высока: 90 < р < 100%.

Рассмотрение карт чувствительности предикции цвета глаз и волос указывает, прежде всего, на высокий уровень генетического контроля пигментации при использовании созданной нами панели 31 ДНК-маркера. Но также он выявляет те регионы, для которых характерен своеобразный генетический комплекс контроля пигментации – это коми-пермяки, народы Кавказа и неожиданно выявившийся регион русских популяций и Мордовии. В отношении угров, к сожалению, пока нет достаточной информации.

Рассмотрение всей совокупности карт атласа позволяет выделить ряд общих закономерностей. Основной из них является изменение частот в направлении “восток–запад”. Этот паттерн может проявляться ярче или слабее, но присутствует почти на всех картах. Ядром “восточного полюса” практически всегда выступают популяции Дальнего Востока, к которым обычно присоединяются популяции Центральной Азии, но в более ослабленном варианте. Ядром “западного полюса”, как правило, выступают популяции всех восточных славян (русских, украинцев, белорусов), западных финно-угров и мордвы. Ожидаемо, что к западу возрастают обычно частоты аллеля, определяющего светлую пигментацию глаз и/или волос, но выявлены и два случая, когда частота “светлого” аллеля возрастала к востоку.

Второй чертой, выявленной в результате картографического анализа, является особое положение населения Кавказа: по одним ДНК-маркерам оно полностью входит в “западный полюс”, порой даже преобладая в нем; по другим ДНК-маркерам – резко отделяется от “западного” полюса. Ранее уже высказывалось предположение [17], что для населения Кавказа могут быть характерны особенности набора аллелей, контролирующих пигментацию волос и глаз. К тому же разные регионы Кавказа могут различаться: по одним ДНК-маркерам население Кавказа выступает единым блоком, по другим – регионы Западного, Восточного Кавказа и Закавказья обладают собственным генетическим рельефом. Это указывает на одно из возможных направлений для будущих исследований: изучение генетического контроля пигментации населения Кавказа требует не только особого, но и дифференцированного анализа.

Своеобразное положение на ряде карт занимают также две популяции финно-угорского мира – обские угры и коми-пермяки. В целом угры (ханты и манси) занимают четко выраженную промежуточную зону между двумя полюсами, часто ее и формируя. Но на ряде карт они присоединяются к “западному полюсу”, на других – к “восточному”, на третьих – формируют собственное ядро экстремальных частот. Поскольку обские угры – единственные в нашем популяционном массиве представители коренного населения Западной Сибири, возможно, этот регион обладает особым составом генетического контроля пигментации и требует отдельного изучения. Но если особое положение угров вполне закономерно, то своеобразие генофонда коми-пермяков неожиданно. На многих картах они занимают особое положение не только среди своих географических и лингвистических соседей, но и среди всего массива популяций Северной Евразии.

Третьей чертой, неожиданно проявившейся при совместном статистическом и картографическом анализе, является отсутствие видимой связи между уровнем изменчивости аллеля и его вкладом в пигментацию (коэффициент корреляции Спирмена ρ = 0.2 недостоверен): среди маркеров, вносящих основной вклад в формирование фенотипа, присутствуют как аллели, частоты которых резко различаются между популяциями, так и те, частоты которых распределены среди народонаселения Северной Евразии почти равномерно. Аналогичная закономерность наблюдается и среди генов, слабо участвующих в контроле пигментации.

Мы благодарим всех доноров образцов, которые принимали участие в данном исследовании. Коллекция образцов ДНК и антропологических фотографий была предоставлена АНО “Биобанк Северной Евразии”.

Исследование проведено при финансовой поддержке Научно-технической программы Союзного государства “ДНК-идентификация” (генотипирование, картографирование, написание текста статьи) и Государственного задания для Медико-генетического научного центра (популяционно-генетический анализ межпопуляционной изменчивости).

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.