ALDER анализ происхождения белорусов и поляков

В качестве одного из метода проверки надежности импутированных снипов для анализа популяционной истории различных этнических групп, я использовал метод ALDER (он представляет собой более продвинутую версию алгоритма ROLOFF, описанного в известной работе Patterson et al. 2012).

Метод ALDER  выявляет нюансы популяционной истории через оценку двух важных параметров: а) рекомбинации — процесса обмена участками между разными молекулами ДНК, который напоминает перемешивание игральных карт в колоде (у человека он обязательно происходит при образовании половых клеток) и б) неравновесия по сцеплению — явления, при котором несколько участков ДНК передаются вместе блоками, которые формируются несколько по-разному в разных популяциях из-за того, что в разных популяциях наследуются разные комбинации сегментов ДНК. Таким образом, метод основан на выявлении специфических для каждой популяции сцепленных участков ДНК и на оценке доли общих сегментов в выборках сравниваемых популяций. При этом метод ALDER на основе оценки неравновесия по сцеплению определяет правдоподобность того, что две выбранные группы являются предковыми по отношению к анализируемым популяциям. Кроме того, метод позволяет также установить время смешения через оценку доли рекомбинаций на поколение.
Как было сказано выше, метод ALDER представляет собой расширенный вариант алгоритма ROLLOFF.Этот метод позволяет производить математическую оценку как времени, так как и уровня адмикса. Оценка производится на основании анализа неравновесия по сцеплению между SNP-ами. Тут необходимо вспомнить стандартное определение неравновесия по сцеплению.Неравновесием по сцеплению (часто используется английская аббревиатура LD) называется неслучайная связь между двумя аллелями, в силу которой определенные комбинации аллелей встречаются наиболее часть. В теории,  чем дальше друг от друга находятся SNP-ы ,тем меньше будет уровень LD. Темп угасания снижения  LD в адмиксе напрямую связана с числом поколений, прошедших с момента адмикса,  так как c возрастанием числа поколений увлечивается число рекомбинаций произошедших между  двумя отдельными SNP-ами. Проще говоря: Rolloff соответствует экспоненциальной кривой угасания уровня LD от расстояния, и эта скорость экспоненциального снижения как раз и используется  для оценки числа поколений, так и уровня адмикса в анализируемой популяии. Учитывая, что одно поколение примерно равно 29 лет, можно преобразовать число поколений в года.В качестве двух тестовых популяций я использовал две группы — выборку белорусов (данные публичной коллекции эстонского биоцентра, вошедшие позднее в стандартный набор популяций лаборатории Райха, а также данные белорусов, собранные мной в проекте MDLP) и выборку поляков (из публичной коллекции эстонского биоцентра, а также данные поляков из выборки моего проекта MDLP).   В 2012 году я уже проводил анализ ROLLOFF белорусов, поэтому было интересно посмотреть, как изменится картина после добавления новых палеогеномов и импутированных (негенотипированных) снипов. Для полноты эксперимента, я также включил данные поляков, чтобы посмотреть, работает ли метод на данных, полученных с помощью других платформ генотипирования (NB:когда я проводил анализ, у меня еще не было данных поляков из кураторской базы данных лаборатории Reich).

В качественных референсных популяций (кандидатов в предковые популяции) я использовал набор из 400 популяций в моей расширенной выборки.  Программа работает в три этапа:

  • На первом этапе определяется статистическая значимость сравнения амплитуд угасания 2-референсной LD(в случае наличия такой значимость программа пишет success)

Cледующие комбинации дали положительный результат

Belarusian Andronovo.SG Chukchis
Belarusian Andronovo.SG Koryaks
Belarusian Armenian_Martuni Karelia_HG
Belarusian Bashkir Turkish_Jewish
Belarusian Nordic_LN.SG Villabruna
Belarusian Turkish_Jewish Uzbek
Belarusian Anatolia_Neolithic Brahui
Belarusian Anatolia_Neolithic Burusho
Belarusian Anatolia_Neolithic Itelmen
Belarusian Anatolia_Neolithic Koryak
Belarusian Anatolia_Neolithic Mixtec
Belarusian Anatolia_Neolithic Pathan
Belarusian Anatolia_Neolithic Mala
Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen
Belarusian Anatolia_Neolithic Uygur
Belarusian Druze Selkup
Belarusian Mala Syrian
Belarusian Mixtec Spain_EN
Belarusian Anatolia_Neolithic Brahui
Belarusian Anatolia_Neolithic Burusho
Belarusian Anatolia_Neolithic Chukchi
Belarusian Anatolia_Neolithic Selkup
Belarusian Anatolia_Neolithic Sindhi
Belarusian Anatolia_Neolithic Uygur
Belarusian British-Roman Koryak
Belarusian British-Roman Mixtec
Belarusian Chukchi Mala
Belarusian Itelmen Uzbek_WGA
Belarusian LBK_EN Selkup
Belarusian Selkup Turkish_Trabzon
Belarusian Abhkasian Lahu
Belarusian Ami_Coriell Uzbek_WGA
Belarusian Anatolia_Neolithic Chukchi
Belarusian Anatolia_Neolithic Daur
Anatolia_Neolithic Han
Anatolia_Neolithic Han_NChina
Anatolia_Neolithic Miao
Anatolia_Neolithic Turkmen
Belarusian Atayal_Coriell Uzbek_WGA
Belarusian British-Roman Mixtec
Belarusian Chukchi Mala
Belarusian Dai Greek_Islands
Belarusian Dai Uzbek_WGA
Belarusian Daur North_Ossetian
Belarusian Daur Uzbek_WGA
Belarusian Eskimo_Chaplin LBK_EN
Belarusian Georgian Lahu
Belarusian Georgian Yi
Belarusian Greek_Islands Han
Belarusian Greek_Islands Miao
Belarusian Greek_Islands Mixtec
Belarusian Greek_Islands Nganasan
Belarusian Greek_Islands Ulchi
Belarusian Greek_Islands Xibo
Belarusian Han Uzbek_WGA
Belarusian Han Yemenite_Jew
Belarusian Han_NChina Uzbek_WGA
Belarusian Han_NChina Yemenite_Jew
Belarusian Japanese Uzbek_WGA
Belarusian Korean Uzbek_WGA
Belarusian Lahu Turkish_Jew
Belarusian Lahu Uzbek_WGA
Belarusian Lahu Yemenite_Jew
Belarusian LBK_EN Selkup
Belarusian Miao Uzbek_WGA
Belarusian Miao Yemenite_Jew
Belarusian Naxi Uzbek_WGA
Belarusian Oroqen Uzbek_WGA
Belarusian She Uzbek_WGA
Belarusian Tu Uzbek_WGA
Belarusian Tujia Uzbek_WGA
Belarusian Tujia Yemenite_Jew
Belarusian Ulchi Uzbek_WGA
Belarusian Uzbek_WGA Xibo
Belarusian Uzbek_WGA Yi
Belarusian Uzbek_WGA Yukagir_Tundra
Belarusian Yemenite_Jew Yi
  • На втором — cоответствие скоростей угасания LD в попарном сравнении с референсными популяциями (программа выдает предупреждение, если амплитуды угасания LD несовместимы).  Как видно, большинство триплетов (таргетная популяция + 2 референса) имеет несовместимые амплитуды угасания LD.

DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.028 Belarusian Andronovo.SG Chukchis 4.64 2.80 2.11 85% 244.96 +/- 44.45 0.00055485 +/- 0.00011964 262.22 +/- 50.30 0.00029724 +/- 0.00010632 105.99 +/- 50.22 0.00013405 +/- 0.00003707
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 3.8e-05 Belarusian Andronovo.SG Koryaks 5.86 2.80 2.36 85% 241.36 +/- 36.30 0.00059837 +/- 0.00010219 262.22 +/- 50.30 0.00029724 +/- 0.00010632 105.75 +/- 44.80 0.00011083 +/- 0.00002791
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.037 Belarusian Armenian_Martuni Karelia_HG 4.58 2.20 3.48 53% 206.14 +/- 39.11 0.00072944 +/- 0.00015918 324.91 +/- 90.64 0.00018302 +/- 0.00008311 189.01 +/- 42.42 0.00043186 +/- 0.00012423
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.044 Belarusian Bashkir Turkish_Jewish 4.55 2.70 2.53 83% 121.78 +/- 24.93 0.00009384 +/- 0.00002064 153.64 +/- 48.19 0.00006384 +/- 0.00002366 296.25 +/- 73.05 0.00014988 +/- 0.00005929
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.045 Belarusian Nordic_LN.SG Villabruna 4.54 2.19 5.01 30% 160.01 +/- 35.24 0.00086280 +/- 0.00018037 139.86 +/- 63.88 0.00033916 +/- 0.00014340 117.88 +/- 23.51 0.00043952 +/- 0.00008295
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0032 Belarusian Turkish_Jewish Uzbek 5.07 2.53 2.35 112% 116.58 +/- 23.00 0.00008493 +/- 0.00001382 296.25 +/- 73.05 0.00014988 +/- 0.00005929 83.46 +/- 35.51 0.00004275 +/- 0.00001721
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0066 Belarusian Anatolia_Neolithic Brahui 4.18 4.42 2.87 37% 63.78 +/- 15.17 0.00000803 +/- 0.00000192 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 88.94 +/- 27.82 0.00000775 +/- 0.00000270
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.019 Belarusian Anatolia_Neolithic Burusho 3.93 4.42 2.19 47% 93.43 +/- 9.05 0.00001536 +/- 0.00000390 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 149.25 +/- 37.02 0.00001357 +/- 0.00000621
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.035 Belarusian Anatolia_Neolithic Itelmen 3.79 4.42 2.15 64% 69.11 +/- 15.92 0.00002889 +/- 0.00000762 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 134.23 +/- 58.31 0.00003278 +/- 0.00001523
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.023 Belarusian Anatolia_Neolithic Koryak 3.90 4.42 2.30 30% 82.94 +/- 21.28 0.00003363 +/- 0.00000828 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 111.83 +/- 48.56 0.00002562 +/- 0.00000985
DATA: success 0.014 Belarusian Anatolia_Neolithic Mala 4.01 4.42 3.87 12% 81.90 +/- 17.24 0.00001547 +/- 0.00000385 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 87.55 +/- 18.75 0.00001071 +/- 0.00000277
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.025 Belarusian Anatolia_Neolithic Mixtec 3.87 4.42 2.73 71% 71.36 +/- 14.69 0.00003027 +/- 0.00000782 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 149.36 +/- 43.83 0.00002944 +/- 0.00001080
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.019 Belarusian Anatolia_Neolithic Pathan 3.93 4.42 2.02 42% 104.78 +/- 14.08 0.00001497 +/- 0.00000380 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 141.03 +/- 36.42 0.00001165 +/- 0.00000577
DATA: success 0.00024 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.88 4.42 2.26 12% 81.66 +/- 10.18 0.00001288 +/- 0.00000264 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 85.64 +/- 28.96 0.00000855 +/- 0.00000378
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.026 Belarusian Anatolia_Neolithic Uygur 3.87 4.42 2.54 56% 71.95 +/- 14.95 0.00001528 +/- 0.00000395 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 127.39 +/- 37.67 0.00001541 +/- 0.00000606
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.02 Belarusian Druze Selkup 3.93 2.02 3.14 73% 51.53 +/- 13.06 0.00001224 +/- 0.00000311 110.46 +/- 43.38 0.00001040 +/- 0.00000516 59.53 +/- 18.98 0.00000945 +/- 0.00000299
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.044 Belarusian Mala Syrian 3.73 3.87 2.84 28% 72.39 +/- 19.33 0.00000805 +/- 0.00000216 87.55 +/- 18.75 0.00001071 +/- 0.00000277 96.31 +/- 27.52 0.00000993 +/- 0.00000350
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.027 Belarusian Mixtec Spain_EN 3.85 2.73 2.67 26% 114.65 +/- 21.37 0.00005462 +/- 0.00001417 149.36 +/- 43.83 0.00002944 +/- 0.00001080 117.07 +/- 30.31 0.00002193 +/- 0.00000820
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.045 Belarusian Anatolia_Neolithic Brahui 3.70 3.45 2.55 32% 63.07 +/- 15.18 0.00000871 +/- 0.00000235 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 87.19 +/- 27.66 0.00000771 +/- 0.00000303
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.039 Belarusian Anatolia_Neolithic Burusho 3.74 3.45 2.00 61% 89.47 +/- 10.12 0.00001582 +/- 0.00000423 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 152.62 +/- 45.80 0.00001482 +/- 0.00000742
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0013 Belarusian Anatolia_Neolithic Chukchi 4.52 3.45 2.79 35% 77.64 +/- 16.37 0.00003602 +/- 0.00000797 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 110.36 +/- 39.54 0.00002861 +/- 0.00000981
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.038 Belarusian Anatolia_Neolithic Selkup 3.74 3.45 2.41 38% 55.27 +/- 13.63 0.00002155 +/- 0.00000576 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 57.06 +/- 20.02 0.00000933 +/- 0.00000386
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.027 Belarusian Anatolia_Neolithic Sindhi 3.83 3.45 2.68 61% 65.40 +/- 9.12 0.00001072 +/- 0.00000280 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 122.70 +/- 32.60 0.00001132 +/- 0.00000423
DATA: success 0.00044 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.74 3.45 3.07 11% 76.01 +/- 10.03 0.00001185 +/- 0.00000250 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 72.89 +/- 23.73 0.00000681 +/- 0.00000206
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.025 Belarusian Anatolia_Neolithic Uygur 3.85 3.45 2.16 37% 70.37 +/- 13.51 0.00001582 +/- 0.00000411 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 102.34 +/- 33.39 0.00001107 +/- 0.00000512
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.021 Belarusian British-Roman Koryak 3.89 2.37 2.28 74% 62.36 +/- 16.01 0.00003903 +/- 0.00000934 52.03 +/- 19.63 0.00002305 +/- 0.00000974 113.23 +/- 49.75 0.00002665 +/- 0.00001027
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0084 Belarusian British-Roman Mixtec 4.11 2.37 2.50 80% 64.78 +/- 15.52 0.00004703 +/- 0.00001145 52.03 +/- 19.63 0.00002305 +/- 0.00000974 121.19 +/- 40.18 0.00002185 +/- 0.00000872
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.01 Belarusian Chukchi Mala 4.06 2.79 4.06 60% 172.83 +/- 30.55 0.00002691 +/- 0.00000663 110.36 +/- 39.54 0.00002861 +/- 0.00000981 93.18 +/- 21.71 0.00001222 +/- 0.00000301
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.047 Belarusian Itelmen Uzbek_WGA 3.69 2.36 2.20 54% 142.22 +/- 27.73 0.00006725 +/- 0.00001821 129.35 +/- 53.29 0.00003152 +/- 0.00001338 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.009 Belarusian LBK_EN Selkup 4.09 2.18 2.41 67% 67.83 +/- 16.58 0.00002655 +/- 0.00000641 115.11 +/- 38.65 0.00001960 +/- 0.00000899 57.06 +/- 20.02 0.00000933 +/- 0.00000386
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.05 Belarusian Selkup Turkish_Trabzon 3.68 2.41 2.11 32% 56.53 +/- 15.37 0.00001451 +/- 0.00000330 57.06 +/- 20.02 0.00000933 +/- 0.00000386 77.83 +/- 33.34 0.00000751 +/- 0.00000355
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.017 Belarusian Abhkasian Lahu 4.21 2.47 2.97 174% 32.04 +/- 6.68 0.00001002 +/- 0.00000238 3.95 +/- 1.60 0.00000098 +/- 0.00000024 57.34 +/- 19.33 0.00001384 +/- 0.00000369
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.00018 Belarusian Ami_Coriell Uzbek_WGA 5.15 2.09 2.20 63% 162.32 +/- 22.43 0.00007649 +/- 0.00001486 118.09 +/- 56.57 0.00002688 +/- 0.00001279 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0041 Belarusian Anatolia_Neolithic Chukchi 4.52 3.45 2.79 35% 77.64 +/- 16.37 0.00003602 +/- 0.00000797 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 110.36 +/- 39.54 0.00002861 +/- 0.00000981
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.025 Belarusian Anatolia_Neolithic Daur 4.12 3.45 2.63 47% 73.39 +/- 17.81 0.00002378 +/- 0.00000569 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 118.84 +/- 40.98 0.00002486 +/- 0.00000947
DATA: success 0.05 Belarusian Anatolia_Neolithic Han 3.96 3.45 3.00 17% 79.39 +/- 18.74 0.00002687 +/- 0.00000678 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 93.68 +/- 31.25 0.00002137 +/- 0.00000623
DATA: success 0.00052 Belarusian Anatolia_Neolithic Han_NChina 4.94 3.45 3.58 22% 81.48 +/- 14.68 0.00003182 +/- 0.00000644 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 101.71 +/- 28.43 0.00002310 +/- 0.00000644
DATA: success 0.018 Belarusian Anatolia_Neolithic Miao 4.20 3.45 3.63 10% 78.02 +/- 16.13 0.00002457 +/- 0.00000585 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411
DATA: success 0.0014 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.74 3.45 3.07 11% 76.01 +/- 10.03 0.00001185 +/- 0.00000250 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 72.89 +/- 23.73 0.00000681 +/- 0.00000206
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.00046 Belarusian Atayal_Coriell Uzbek_WGA 4.97 2.02 2.20 53% 179.16 +/- 31.95 0.00008213 +/- 0.00001654 130.82 +/- 54.40 0.00002576 +/- 0.00001275 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.027 Belarusian British-Roman Mixtec 4.11 2.37 2.50 80% 64.78 +/- 15.52 0.00004703 +/- 0.00001145 52.03 +/- 19.63 0.00002305 +/- 0.00000974 121.19 +/- 40.18 0.00002185 +/- 0.00000872
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.033 Belarusian Chukchi Mala 4.06 2.79 4.06 60% 172.83 +/- 30.55 0.00002691 +/- 0.00000663 110.36 +/- 39.54 0.00002861 +/- 0.00000981 93.18 +/- 21.71 0.00001222 +/- 0.00000301
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.009 Belarusian Dai Greek_Islands 4.35 3.05 2.28 32% 122.32 +/- 24.18 0.00004797 +/- 0.00001103 88.71 +/- 29.04 0.00001846 +/- 0.00000511 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.049 Belarusian Dai Uzbek_WGA 3.97 3.05 2.20 87% 160.47 +/- 30.16 0.00006276 +/- 0.00001582 88.71 +/- 29.04 0.00001846 +/- 0.00000511 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0015 Belarusian Daur North_Ossetian 4.73 2.63 2.09 122% 42.94 +/- 8.92 0.00000724 +/- 0.00000153 118.84 +/- 40.98 0.00002486 +/- 0.00000947 178.58 +/- 51.90 0.00001887 +/- 0.00000901
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.047 Belarusian Daur Uzbek_WGA 3.97 2.63 2.20 62% 164.70 +/- 29.83 0.00008292 +/- 0.00002087 118.84 +/- 40.98 0.00002486 +/- 0.00000947 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.00086 Belarusian Eskimo_Chaplin LBK_EN 4.84 2.29 2.18 73% 53.65 +/- 11.08 0.00002657 +/- 0.00000479 63.81 +/- 27.89 0.00001618 +/- 0.00000586 115.11 +/- 38.65 0.00001960 +/- 0.00000899
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.027 Belarusian Georgian Lahu 4.10 2.89 2.97 166% 43.55 +/- 10.61 0.00001537 +/- 0.00000311 5.27 +/- 1.82 0.00000079 +/- 0.00000023 57.34 +/- 19.33 0.00001384 +/- 0.00000369
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.05 Belarusian Georgian Yi 3.96 2.89 3.26 179% 35.28 +/- 8.91 0.00000897 +/- 0.00000226 5.27 +/- 1.82 0.00000079 +/- 0.00000023 93.65 +/- 25.60 0.00002033 +/- 0.00000624
DATA: success 0.049 Belarusian Greek_Islands Han 3.96 2.28 3.00 15% 108.92 +/- 26.70 0.00004292 +/- 0.00001083 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 93.68 +/- 31.25 0.00002137 +/- 0.00000623
DATA: success 0.044 Belarusian Greek_Islands Miao 3.99 2.28 3.63 18% 102.98 +/- 23.71 0.00003805 +/- 0.00000953 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411
DATA: success 0.0037 Belarusian Greek_Islands Mixtec 4.54 2.28 2.50 24% 95.62 +/- 12.99 0.00003944 +/- 0.00000868 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 121.19 +/- 40.18 0.00002185 +/- 0.00000872
DATA: success 0.045 Belarusian Greek_Islands Nganasan 3.98 2.28 2.06 5% 96.79 +/- 24.29 0.00003965 +/- 0.00000954 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 97.92 +/- 45.95 0.00001669 +/- 0.00000809
DATA: success 0.018 Belarusian Greek_Islands Ulchi 4.20 2.28 3.37 15% 118.40 +/- 24.18 0.00005248 +/- 0.00001249 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 114.38 +/- 33.90 0.00002845 +/- 0.00000805
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.042 Belarusian Greek_Islands Xibo 4.00 2.28 2.59 37% 101.05 +/- 22.65 0.00003689 +/- 0.00000922 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 70.25 +/- 27.10 0.00001649 +/- 0.00000507
DATA: success 0.0061 Belarusian Greek_Islands Yukagir_Tundra 4.44 2.28 2.55 18% 100.12 +/- 22.57 0.00004369 +/- 0.00000882 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 119.62 +/- 45.23 0.00002624 +/- 0.00001028
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 1.8e-05 Belarusian Han Uzbek_WGA 5.56 3.00 2.20 83% 145.83 +/- 21.23 0.00006518 +/- 0.00001171 93.68 +/- 31.25 0.00002137 +/- 0.00000623 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.023 Belarusian Han Yemenite_Jew 4.14 3.00 2.19 41% 101.08 +/- 19.78 0.00002665 +/- 0.00000644 93.68 +/- 31.25 0.00002137 +/- 0.00000623 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.00000870
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.00017 Belarusian Han_NChina Uzbek_WGA 5.15 3.58 2.20 76% 147.58 +/- 21.48 0.00006493 +/- 0.00001261 101.71 +/- 28.43 0.00002310 +/- 0.00000644 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.021 Belarusian Han_NChina Yemenite_Jew 4.16 3.58 2.19 47% 88.25 +/- 14.91 0.00002464 +/- 0.00000593 101.71 +/- 28.43 0.00002310 +/- 0.00000644 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.00000870
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.045 Belarusian Japanese Uzbek_WGA 3.99 2.51 2.20 76% 158.76 +/- 32.98 0.00007182 +/- 0.00001802 101.02 +/- 40.27 0.00002259 +/- 0.00000766 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.034 Belarusian Korean Uzbek_WGA 4.05 3.28 2.20 72% 147.50 +/- 22.94 0.00006552 +/- 0.00001618 106.54 +/- 29.46 0.00002451 +/- 0.00000748 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0022 Belarusian Lahu Turkish_Jew 4.65 2.97 3.22 53% 53.69 +/- 9.97 0.00001763 +/- 0.00000379 57.34 +/- 19.33 0.00001384 +/- 0.00000369 92.56 +/- 21.52 0.00000780 +/- 0.00000242
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 7.8e-06 Belarusian Lahu Uzbek_WGA 5.70 2.97 2.20 119% 125.65 +/- 17.75 0.00006183 +/- 0.00001084 57.34 +/- 19.33 0.00001384 +/- 0.00000369 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.028 Belarusian Lahu Yemenite_Jew 4.10 2.97 2.19 85% 73.51 +/- 17.32 0.00002186 +/- 0.00000534 57.34 +/- 19.33 0.00001384 +/- 0.00000369 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.00000870
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.029 Belarusian LBK_EN Selkup 4.09 2.18 2.41 67% 67.83 +/- 16.58 0.00002655 +/- 0.00000641 115.11 +/- 38.65 0.00001960 +/- 0.00000899 57.06 +/- 20.02 0.00000933 +/- 0.00000386
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 3e-05 Belarusian Miao Uzbek_WGA 5.47 3.63 2.20 89% 141.79 +/- 17.01 0.00005964 +/- 0.00001090 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.012 Belarusian Miao Yemenite_Jew 4.29 3.63 2.19 49% 96.51 +/- 17.73 0.00002466 +/- 0.00000575 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.00000870
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.036 Belarusian Naxi Uzbek_WGA 4.04 2.35 2.20 87% 150.57 +/- 27.26 0.00006598 +/- 0.00001633 88.34 +/- 37.62 0.00001891 +/- 0.00000714 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0037 Belarusian Oroqen Uzbek_WGA 4.54 2.50 2.20 75% 159.87 +/- 26.32 0.00007776 +/- 0.00001713 102.18 +/- 40.85 0.00002369 +/- 0.00000834 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.043 Belarusian She Uzbek_WGA 3.99 3.16 2.20 70% 177.32 +/- 34.01 0.00008208 +/- 0.00002055 108.68 +/- 31.62 0.00002238 +/- 0.00000708 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.029 Belarusian Tu Uzbek_WGA 4.09 2.28 2.20 85% 150.44 +/- 31.12 0.00006074 +/- 0.00001485 91.29 +/- 40.04 0.00001929 +/- 0.00000802 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.001 Belarusian Tujia Uzbek_WGA 4.80 2.09 2.20 61% 164.13 +/- 25.59 0.00008133 +/- 0.00001693 120.48 +/- 57.69 0.00002290 +/- 0.00001057 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success 0.022 Belarusian Tujia Yemenite_Jew 4.15 2.09 2.19 18% 118.59 +/- 25.68 0.00002955 +/- 0.00000711 120.48 +/- 57.69 0.00002290 +/- 0.00001057 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.00000870
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0053 Belarusian Ulchi Uzbek_WGA 4.47 3.37 2.20 65% 153.49 +/- 25.35 0.00007000 +/- 0.00001567 114.38 +/- 33.90 0.00002845 +/- 0.00000805 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.00055 Belarusian Uzbek_WGA Xibo 4.93 2.20 2.59 105% 129.90 +/- 24.58 0.00005579 +/- 0.00001132 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406 70.25 +/- 27.10 0.00001649 +/- 0.00000507
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.00062 Belarusian Uzbek_WGA Yi 4.91 2.20 3.26 83% 156.22 +/- 22.94 0.00007252 +/- 0.00001478 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406 93.65 +/- 25.60 0.00002033 +/- 0.00000624
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.011 Belarusian Uzbek_WGA Yukagir_Tundra 4.31 2.20 2.55 61% 182.09 +/- 32.35 0.00008497 +/- 0.00001970 225.56 +/- 61.89 0.00007507 +/- 0.00003406 119.62 +/- 45.23 0.00002624 +/- 0.00001028
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.048 Belarusian Yemenite_Jew Yi 3.97 2.19 3.26 41% 130.87 +/- 22.50 0.00003478 +/- 0.00000876 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.00000870 93.65 +/- 25.60 0.00002033 +/- 0.00000624

После отсеивания не очень пригодных для дальнейшего анализа триплетов  у нас осталась следующие комбинации:

DATA: success 0.014 Belarusian Anatolia_Neolithic Mala 4.01 4.42 3.87 12% 81.9 +/- 17.24 0.00001547 +/- 0.00000385 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 87.55 +/- 18.75 0.00001071 +/- 0.00000277
DATA: success 0.00024 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.88 4.42 2.26 12% 81.66 +/- 10.18 0.00001288 +/- 0.00000264 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 85.64 +/- 28.96 0.00000855 +/- 0.00000378
DATA: success 0.00044 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.74 3.45 3.07 11% 76.01 +/- 10.03 0.00001185 +/- 0.0000025 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 72.89 +/- 23.73 0.00000681 +/- 0.00000206
DATA: success 0.05 Belarusian Anatolia_Neolithic Han 3.96 3.45 3 17% 79.39 +/- 18.74 0.00002687 +/- 0.00000678 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 93.68 +/- 31.25 0.00002137 +/- 0.00000623
DATA: success 0.00052 Belarusian Anatolia_Neolithic Han_NChina 4.94 3.45 3.58 22% 81.48 +/- 14.68 0.00003182 +/- 0.00000644 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 101.71 +/- 28.43 0.0000231 +/- 0.00000644
DATA: success 0.018 Belarusian Anatolia_Neolithic Miao 4.2 3.45 3.63 10% 78.02 +/- 16.13 0.00002457 +/- 0.00000585 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411
DATA: success 0.0014 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.74 3.45 3.07 11% 76.01 +/- 10.03 0.00001185 +/- 0.0000025 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 72.89 +/- 23.73 0.00000681 +/- 0.00000206
DATA: success 0.049 Belarusian Greek_Islands Han 3.96 2.28 3 15% 108.92 +/- 26.7 0.00004292 +/- 0.00001083 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 93.68 +/- 31.25 0.00002137 +/- 0.00000623
DATA: success 0.044 Belarusian Greek_Islands Miao 3.99 2.28 3.63 18% 102.98 +/- 23.71 0.00003805 +/- 0.00000953 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411
DATA: success 0.0037 Belarusian Greek_Islands Mixtec 4.54 2.28 2.5 24% 95.62 +/- 12.99 0.00003944 +/- 0.00000868 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 121.19 +/- 40.18 0.00002185 +/- 0.00000872
DATA: success 0.045 Belarusian Greek_Islands Nganasan 3.98 2.28 2.06 5% 96.79 +/- 24.29 0.00003965 +/- 0.00000954 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 97.92 +/- 45.95 0.00001669 +/- 0.00000809
DATA: success 0.018 Belarusian Greek_Islands Ulchi 4.2 2.28 3.37 15% 118.4 +/- 24.18 0.00005248 +/- 0.00001249 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 114.38 +/- 33.9 0.00002845 +/- 0.00000805
DATA: success 0.0061 Belarusian Greek_Islands Yukagir_Tundra 4.44 2.28 2.55 18% 100.12 +/- 22.57 0.00004369 +/- 0.00000882 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 119.62 +/- 45.23 0.00002624 +/- 0.00001028
DATA: success 0.022 Belarusian Tujia Yemenite_Jew 4.15 2.09 2.19 18% 118.59 +/- 25.68 0.00002955 +/- 0.00000711 120.48 +/- 57.69 0.0000229 +/- 0.00001057 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.0000087

На третьем этапе программа определяет статистическая значимость комбинации (p-статистику):

P-значение (англ. P-value) — величина, используемая при тестировании статистических гипотез. Фактически это вероятность ошибки при отклонении нулевой гипотезы (ошибки первого рода). Проверка гипотез с помощью P-значения является альтернативой классической процедуре проверки через критическое значение распределения.

Обычно P-значение равно вероятности того, что случайная величина с данным распределением (распределением тестовой статистики при нулевой гипотезе) примет значение, не меньшее, чем фактическое значение тестовой статистики.

Отберем значения P меньше 0.05

DATA: success 0.00024 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.88 4.42 2.26 12% 81.66 +/- 10.18 0.00001288 +/- 0.00000264 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 85.64 +/- 28.96 0.00000855 +/- 0.00000378
DATA: success 0.00044 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.74 3.45 3.07 11% 76.01 +/- 10.03 0.00001185 +/- 0.0000025 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 72.89 +/- 23.73 0.00000681 +/- 0.00000206
DATA: success 0.00052 Belarusian Anatolia_Neolithic Han_NChina 4.94 3.45 3.58 22% 81.48 +/- 14.68 0.00003182 +/- 0.00000644 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 101.71 +/- 28.43 0.0000231 +/- 0.00000644
DATA: success 0.0014 Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 4.74 3.45 3.07 11% 76.01 +/- 10.03 0.00001185 +/- 0.0000025 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 72.89 +/- 23.73 0.00000681 +/- 0.00000206
DATA: success 0.0037 Belarusian Greek_Islands Mixtec 4.54 2.28 2.5 24% 95.62 +/- 12.99 0.00003944 +/- 0.00000868 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 121.19 +/- 40.18 0.00002185 +/- 0.00000872
DATA: success 0.0061 Belarusian Greek_Islands Yukagir_Tundra 4.44 2.28 2.55 18% 100.12 +/- 22.57 0.00004369 +/- 0.00000882 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 119.62 +/- 45.23 0.00002624 +/- 0.00001028
DATA: success 0.014 Belarusian Anatolia_Neolithic Mala 4.01 4.42 3.87 12% 81.9 +/- 17.24 0.00001547 +/- 0.00000385 92.46 +/- 19.49 0.00001427 +/- 0.00000323 87.55 +/- 18.75 0.00001071 +/- 0.00000277
DATA: success 0.018 Belarusian Anatolia_Neolithic Miao 4.2 3.45 3.63 10% 78.02 +/- 16.13 0.00002457 +/- 0.00000585 81.39 +/- 21.48 0.00001207 +/- 0.00000349 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411
DATA: success 0.018 Belarusian Greek_Islands Ulchi 4.2 2.28 3.37 15% 118.4 +/- 24.18 0.00005248 +/- 0.00001249 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 114.38 +/- 33.9 0.00002845 +/- 0.00000805
DATA: success 0.022 Belarusian Tujia Yemenite_Jew 4.15 2.09 2.19 18% 118.59 +/- 25.68 0.00002955 +/- 0.00000711 120.48 +/- 57.69 0.0000229 +/- 0.00001057 142.22 +/- 61.15 0.00001902 +/- 0.0000087
DATA: success 0.044 Belarusian Greek_Islands Miao 3.99 2.28 3.63 18% 102.98 +/- 23.71 0.00003805 +/- 0.00000953 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 86.31 +/- 23.79 0.00001726 +/- 0.00000411
DATA: success 0.045 Belarusian Greek_Islands Nganasan 3.98 2.28 2.06 5% 96.79 +/- 24.29 0.00003965 +/- 0.00000954 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 97.92 +/- 45.95 0.00001669 +/- 0.00000809
DATA: success 0.049 Belarusian Greek_Islands Han 3.96 2.28 3 15% 108.92 +/- 26.7 0.00004292 +/- 0.00001083 102.11 +/- 26.83 0.00001569 +/- 0.00000687 93.68 +/- 31.25 0.00002137 +/- 0.00000623

Получаем следующие пары (с датировкой адмикса в поколениях и годах)

Таргет Референс 1 Референс 2 Поколения Погрешность Года Погрешность
Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 85.64 +/- 28.96 2483.56 +/- 839.84
Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 72.89 +/- 23.73 2113.81 +/- 688.17
Belarusian Anatolia_Neolithic Han_NChina 101.71 +/- 28.43 2949.59 +/- 824.47
Belarusian Anatolia_Neolithic Turkmen 72.89 +/- 23.73 2113.81 +/- 688.17
Belarusian Greek_Islands Mixtec 121.19 +/- 40.18 3514.51 +/- 1165.22
Belarusian Greek_Islands Yukagir_Tundra 119.62 +/- 45.23 3468.98 +/- 1311.67
Belarusian Anatolia_Neolithic Mala 87.55 +/- 18.75 2538.95 +/- 543.75
Belarusian Anatolia_Neolithic Miao 86.31 +/- 23.79 2502.99 +/- 689.91
Belarusian Greek_Islands Ulchi 114.38 +/- 33.9 3317.02 +/- 983.1
Belarusian Tujia Yemenite_Jew 142.22 +/- 61.15 4124.38 +/- 1773.35
Belarusian Greek_Islands Miao 86.31 +/- 23.79 2502.99 +/- 689.91
Belarusian Greek_Islands Nganasan 97.92 +/- 45.95 2839.68 +/- 1332.55
Belarusian Greek_Islands Han 93.68 +/- 31.25 2716.72 +/- 906.25
Belarusian Anatolia_Neolithic Han 93.68 +/- 31.25 2716.72 +/- 906.25

О чем свидетельствует результаты? Результаты указывают на наличие сигнала смешивания предковых популяций белорусов с неолитическими земледельцами (ближневосточные популяции и популяции ближнего Востока здесь выступают в качестве суррогата неолитических популяций), и с рядом восточноазиатских, сибирских и америндских популяций (здесь они выступают в качестве суррогата сибирского вклада в генофонд восточной Европы) cо средним интервалом смешения примерно 2850 +- 950 лет назад, т.е в период бронзового века.

Ниже приведены графики угасания LD в комбинации Anatolian-Neolithic + Mala

Затем я уменьшил масштаб подгонки (fitting) кривых угасания LD до 0.5 сантиморганид и взял в качестве референса  палеогеномы с хорошим покрытием

Эксперимент с Loschbour + Stuttgart оказался неудачным.

Более правдоподобна комбинация андроновцев (Andronovo) и чукчей (дата адмикса — 125+-60 поколений тому назад)

Вторая попытка подгонки референсных популяций Loschbour и Stuttgart в качестве предковых групп оказался более удачным (дата адмикса — приблизительно 445 +- 56 поколений тому назад, времена энеолита)

Адмикс с сибирскими палеопопуляциями (MA1) примерно в два раза «моложе» (258 +- 42 поколения, бронзовый век)

Еще один вариант адмикса между палеолитическими жителями Европы и MA1 (датировка — 393 +- 75 поколений)

Теперь о поляках. К сожалению, результаты оказались гораздо более зашумленными, так как использовались данные генотипирования на платформе Illumina, имеющей меньшее пересечение снипов со снипами платформы Affymetrix HumanOrigins. Несмотря на это, программа ALDER нашла три комбинации, пусть и с несовместимой амплитудой угасания LD.

DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.011 Pole Eskimo_Sireniki Irish-BA 3.87 2.01 2.53 40% 146.66 +/- 27.30 0.00035747 +/- 0.00009228 161.51 +/- 69.51 0.00013202 +/- 0.00006577 107.56 +/- 33.31 0.00015435 +/- 0.00006109
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.0068 Pole Eskimo_Sireniki Remedello_BA.SG 3.99 2.01 2.57 49% 110.88 +/- 21.02 0.00024049 +/- 0.00006022 161.51 +/- 69.51 0.00013202 +/- 0.00006577 182.60 +/- 39.99 0.00014922 +/- 0.00005796
DATA: success (warning: decay rates inconsistent) 0.035 Pole Eskimo_Chaplin Remedello_BA.SG 3.59 2.51 2.57 56% 102.38 +/- 21.46 0.00022199 +/- 0.00006181 126.26 +/- 42.96 0.00009643 +/- 0.00003846 182.60 +/- 39.99 0.00014922 +/- 0.00005796

Здесь тоже виден слабый сигнал адмикса популяций бронзового века из Западной Европы (Remedello и ирландского бронзового века) c америндскими популяциями.

Впрочем, дополнительный анализ в программе ROLLOFF (с уменьшенным масштабом подгонки — fitting) выдал правдоподобные (c низким значением P) варианты. Например, вариант Bichon + Georgian_Kakheti: 151.41 +/-38.18, p= 4.7e-06

Очень хорошим вариантом оказался вариант адмикса Esperstedt_MN-Halberstadt_LBA: (дата адмикса — 163.80 +/- 34.11), p=4.8e-07

Официальное извещение о начале нового проекта

18 февраля решил заново начать свой проект по изучению аутосом народонаселения восточной Европы.
Формально это означает окончание моего предыдущего проекта MDLP.
Я решил начать с нуля — на этот раз в основу будет положен контрольный сет из 400 000 снипов лаборатории Райха (Affymetrix HumanOriginsv3), точнее подмножество снипов этого сета, прошедшее контрольные QC-тесты.
Первая задача — самая трудная. Нужно импутировать на основании имеющихся 300-400 Kb те 990 000 снипов референсной панели 1000G (эти общие снипы референсной панели фазированных гаплотипов 1000G и чипсета 23andme v3.
Основная трудность в компьютерной ресурсозатратности задачи (на ее выполнение в кластерной системе из 8 узлов с 16 виртуальными процессорами и 136 гигабайтами оперативной памяти RAM требуется несколько недель распределенных вычислений).
Я попытаюсь выполнить эту задачу с помощью наименее эргоемкой комбианции — предварительного фазирования гаплотипов в SHAPEIT и импутации в IMPUTE2.
Если удастся — можно будет создать успешный пайплайн (на основании уже существующих образцов, которые я установил  на EC2-виртуальной машине амазоновского облака)  для прямого и максимально точного непосредственного сравнения сотен древних геномов с даннами клиентов компаний FTDNA и 23andme.

Будет тяжело, но без этого sine qua non этапа будущность моих исследований под большим вопросом

LAMP: инструмент для анализа «локального происхождения» геномных сегментов

В этом посте мы продолжим обсуждение существующих методик и инструментов анализа т.н «локального происхождения» отдельных сегментов хромосом в человеческом геноме (под локальным происхождением здесь подразумевается предпологаемое географическое происхождение дискретного сегмента одной их двух парных аутосомных хромосом в геноме человека).

Ранее эта тема поднималась в описании программы SupportMix, а также в сжатом изложении методологии оценки происхождения хромосомных сегментов (инструмент PCAdmix).  Данная заметка будет посвящена третьему инструменту — LAMP (Local Ancestry in adMixed Populations) (Sankararaman et al.2008).

Очевидно, что алгоритмы определения локального происхождения отдельных сегментов человеческих хромосом могут дать неплохие результаты при комбинированном использовании программ PLINK /ADMIXTUIRE/LAMP: например, комбинация этих программ позволяет довольно точно определить не только стратификацию отдельных этно-популяционных групп,  но также и уровень «адмикса» у отдельных людей. Поскольку одна из задач нашего проекта MDLP состояла в определении практических и теоретических преимуществ и/или ограничений конкретных методологий биоинформатического анализа полных генома, я провел эксперимент, позволяющий прояснить ряд ограничений, которые значительно уменьшают уровень достоверности результатов  субструктуры аутосомного генофонда населения Европы.

В качестве инструмента контроля качества комбинированного набора данных (аутосомных SNP-ов 22 хромосом) я использовал Plink, с помощью которого я выбрал для последующего анализа только качественные снипы (99% генотиприрования),  частоты минорных аллелей которых превышают 1%.

Поскольку этно-популяционный фон неравновесного линикиджа марекеров (LD) может существенным образом влиять на основные компоненты субструктуры популяции, я исключил из выборки маркеры, характеризующиеся статистически значимым уровнем LD (с коэффициентом попарной корреляции r2 Пирсона > 0,4) в «скользящем окне» из 100 снипов  с пошаговым сдвигом на 10 снипов. Кроме этого, я также использовал  другие методы Plink для получения однородной выборки  — например, кластеризации на основе IBS для обнаружения пары индивидов (outliers) с  уровнем «родства», значительно более высоким, чем у пары выбранных случайным образом индивидов в однородной популяции.  Под более высоким родством здесь понимается  резко отклоняющиеся значения (более 3 стандартных отклонений) парных значнений IBS по отношению к остальной части выбаки, а также случаи с высоким значения PIHAT (более 0,05) и  высокой степень инбридинга (гомозиготности*). Индивиды с подобными аномальными значениями («выбросы») были удалены из  «обучающего» подмножества нашей выборки .


* В программе Plink степень инбридинга определяется через вероятностную функцию гомозиготности.

 

homozyg
Стратификация образцев в соответствии с уровнями гомозиготности. Вдоль оси Х отображена общая сумма гомозиготных сегментов в килобазах; вдоль Y-оси — средний размер гомозиготных сегментов в килобазах

 

 

homozyg2
Уровни индивидуальной гомозиготности в выбороке: вдоль ости X отложено количество сегментов NSEG. Общая длина гомозиготных сегментов отображается осью Y

 

По окончанию описанных выше процедур фильтрации снипов и удаления «выбросов», окончательный набор данных представлял собой набор данных из 90 455 снипов и 317 человек (289 мужчин, 82 женщин). Эти данные были использованы в последующем анализе.

Прежде всего, мы использовали программу ADMIXTURE (Alexandre, Novembre, Lange 2009), в которой реализована модель оценки максимального правдоподобия (ML), т.е алгоритм кластеризации и оценки структуры популяции в наборе генетических данных (снипов).

В целях сохранения совместимости с MDLP калькулятором, я остановился  на модели, в которой выборка представлена в виде комбинации 7 предковых компонентов (K=7).  Индивидуальные значения процентной составляющей каждого компонента в индивидуальном геноме (матрица Q), была визуализированы в R (ниже приведен график с результатами участников проекта MDLP, полный список  доступен в этой таблице).

Результаты K=7

Полученные предковые компоненты (K=7) я обозначил следующими названиями (с сопутствующей цветовой легендой)**:

  • Транс-кавказский — красный
  • Балканском / средиземноморском -желтый
  • Северо-кавказский -зеленый
  • Западно-европейский
  • Алтайский — светло-голубой
  • Балто-славянский — темно-синий
  • Прибалтийско-финский / Северо-европейский -фиолетовый

**Как обычно, названия компонентов условны и  предназначены для мнемонических целей:  исследователи должны быть осторожными при интерполяции предполагаемых компонентов в анализе этнической истории популяций.

 

 

 

 

MDLP v4 components

 

 

 

На следующем этапе, я разбил все 371 индивидуальных «геномов» выборки на 22 фрагмента (каждый из которой соответствует аутосомной хромосоме) и затем использовал  программное обеспечение Admixture для оценки структуры популяционного вклада в каждую из 22 хромосом. После этого я использовал пайплайн для перевода формата Plink  в формат BEAGLE и последующего поэтапного преобразования фазированных данных BEAGLE обратно Plink формат.

Я предположил, что все образцы в моей выборке (представленной образцами VID)  проекта MDLP возникли в в результате смешивание 7 отдельных предковых групп населения. Данное предположение означает, что «чистые» референсные группы населения тесно связаны с истинными предковыми популяциями. Исходя из этого предположения мы снова задействовали программное обеспечение Admixture,  на этот раз с целью определения предковых компонентов в фазированном наборе данных из отдельных неполовых (аутосомных) хромосом.

Только после этой процедуры я смог использовать программу LAMP для определения уровня адмикса у отдельных индивидов. На практике, определение индивидуального уровня адмикса  означает применение любой из указанных выше процедур, в которй используется либо модель «локус-специфического происхождения» (в случае, если предковые группы популяции априори  неизвестны), либо модель «локус-специфического происхождения» гибридного населения.  Затем полученные значения  локус-специфического происхождения» отдельных сегментов в индивидуальном геноме усреднеяются и   получаются значения долей адмикса в индивидуальном геноме.

Я  расчитал в программном обеспечении Plink частоты аллелей (в стратифицированных по этническим признакам кластерах), и добавил в файл фиксированные частоты рекомбинации (определяются отдельно для каждой из 22 хромосом). Для моделирования динамического процесса смешивания предковых компонентов, я использовал различное количество поколений G ( 5, 10,25 поколений),  предполагая 3 хронологически разных варианта, в которых при  K = 7  предковые популяции A1, …, Ak,  перемешивались в течение G = 5,10,25 поколений.

Результаты экспериментов для каждой из хромосом размещены в отдельные таблицы Excel, каждый из файлов Excel включает в себя следующие разделы:

1) результаты Admixture для фазированных генотипов хромосомы (Chr * -phased)
2) результаты Admixture для нефазированных генотипов хромосомы (Chr * -unphased)
3) результаты LAMP для G = 5 (Chr * -lamp-GEN5)
4) результаты LAMP для G = 10 (Chr * -lamp-GEN5)
5) результаты LAMP для G = 25 (Chr * -lamp-GEN5)

Образец этих выходных данных можно посмотреть в файле Excel с результатами анализа хромосомы 1 (Chr1).

Сравнение двух древних европейцев и одного сибиряка с выборками из современных народов методом поиска общих аутосомных сегментов

За последние годы был опубликован ряд работ, посвященных попыткам генотипирования останков древних людей — от живших несколько тысячелетий назад до «усть-ишимца» с предположительным возрастом около 45 тысяч лет, неандертальцев и «денисовки». Количество таких расшифровок растет все быстрее, что не может не вызывать оптимизма.  Трудами известного геномного блоггера Феликса Чандракумара большинство из них было переведено в простой и доступный формат, аналогичный файлам raw data от FTDNA и 23andMe.

Ради интереса я попробовал проверить геномы (предположительно, это два «бритта» железного века и три «англа», «сакса» или «юта» времен переселения этих племен в Британию) из одной из таких недавних работ на наличие IBD-сегментов с современными выборками. Ничего особенного от этой попытки я не ожидал, но результат все равно разочаровал. Никаких связей с современными германцами или кельтами, лишь короткие обрывки сегментов с северо-восточными европейцами.

Как выяснилось, большинство из имеющихся сейчас древних геномов совершенно не годится для такого рода анализа. Основная причина — крайне низкое качество генотипирования. Количество снипов и прочтений на один снип невелико, и подавляющее большинство из них гомозиготно (то есть второй аллель не прочитан). А это значит, что практически все IBD-сегменты разрушены и мы можем увидеть лишь самый базовый и древний уровень родства. В терминах этнокалькуляторов на основе Admixture это оказался (в данном случае) «северо-восточноевропейский» предковый компонент, который наиболее ярко проявляется у народов восточной Балтики — с ними и нашлось наибольшее количество обрывков.

Тем не менее, не все так плохо. Можно выделить известную работу Иосифа Лазаридиса с коллегами о трех предковых популяциях современных европейцев. Геномы европейского раннего земледельца культуры линейно-ленточной керамики (образец Stuttgart, или LBK. Около 7500 лет назад) и почти синхронного ему охотника-собирателя, останки которого найдены на территории нынешнего Люксембурга (Loschbour, около 8000 лет назад) прочитаны очень качественно и почти не уступают файлам от 23andMe и FTDNA.

Карта сумм общих сегментов древнего земледельца с современными выборками:

LBKIBD

С заметным отрывом от остальных лидируют жители острова Сардиния, считающиеся сохранившимися в наиболее чистом виде потомками когда-то переселившихся в Европу земледельцев Восточного Средиземноморья. За ними следуют другие южноевропейские популяции (включая ашкенази и сефардов), скандинавы и восточноевропейцы.

Sardinian 61,06 —//Confidence: very high
Italian 50,14 —//Confidence: very high
French 49,56 —//Confidence: very high
Bulgarian 48,9 —//Confidence: high
Hungarian 48,29 —//Confidence: very high
Basque 45,92 —//Confidence: very high
Greek 45,7 —//Confidence: very high
Norwegian 44,95 —//Confidence: high
Ashkenazi 44,04 —//Confidence: high
Sephard 43,52 —//Confidence: high
Croatian 42,23 —//Confidence: very high
Belarusian 42,12 —//Confidence: high
Swedish 41,86 —//Confidence: high
German-Austrian 41,33 —//Confidence: very low
British 41,2 —//Confidence: very high
Russian-South 40,7 —//Confidence: very high
Balt 40,38 —//Confidence: high
Greek_Azov 39,61 —//Confidence: low
Ukrainian-East-and-Center 39,49 —//Confidence: medium
Estonian 39,27 —//Confidence: high

Наличие общих сегментов с этими народами можно объяснять и миграциями потомков земледельцев на север, и ассимиляцией «земледельцами» «охотников» при продвижении вглубь Европы. Думается, для южных европейцев более актуальна первая причина, для восточных вторая, скандинавы где-то посередине.

Все это не новость, хотя мне понравилось подтверждение работоспособности метода. Более интересным мне показался «язык», протянувшийся на восток — через Кавказ и Среднюю Азию до самой Монголии. Забегая вперед, скажу, что у «охотника» Loschbour такого не наблюдается. Чем может объясняться эта связь? Приток генов с Востока к предкам «штутгартца»? Или же наоборот, его родственники, переселившиеся на восток, оставили свой след в геноме монголов? Для проверки я решил использовать один из этнокалькуляторов, разработанных до появления образца LBK в открытом доступе. При разработке более поздних он был использован как европеец и мог исказить картину.

LBK

Как видите, никаких следов Восточной Азии — чистый средиземноморец. Так что совсем не исключено, что на востоке мы здесь видим следы, к примеру, афанасьевцев.

«Охотник» Loschbour не показал такого яркого сходства ни с одной из современных выборок. Можно предположить, что его племя не оставило дожившего до наших дней потомства, или же оставило мало. Тем не менее, очень хорошо видно, кто из наших современников в наибольшей степени родственен древнему охотнику — это восточноевропейцы с максимумом на восточном побережье Балтийского моря

LoschbourIBD

Finnish 41,21 —//Confidence: very low
Estonian 39,63 —//Confidence: high
Balt 37,85 —//Confidence: high
Russian-North 36,25 —//Confidence: very high
Belarusian 35,31 —//Confidence: high
Karelian 35,21 —//Confidence: high
Veps 34,75 —//Confidence: medium
Ukrainian-West-and-Center 34,48 —//Confidence: medium
Polish 33,8 —//Confidence: high
Norwegian 32,34 —//Confidence: high
German-Austrian 31,4 —//Confidence: very low
Russian-South 30,87 —//Confidence: very high
Russian-West 30,73 —//Confidence: medium
Erzya 30,19 —//Confidence: medium
Saami 30,12 —//Confidence: high
Swedish 29,78 —//Confidence: high
Hungarian 28,55 —//Confidence: very high
Ukrainian-East-and-Center 28,54 —//Confidence: medium
Croatian 27,31 —//Confidence: very high
Komi 26,48 —//Confidence: high

Образец Loschbour в том же этнокалькуляторе MDLP K5:

Loschbour

Для визуализации разницы между «охотником» и «земледельцем» я нормировал значения первого путем умножения на 1.5. Красный цвет означает большее родство с Loschbour, зеленый — LBK. Бурый, как у удмуртов, эвенков или китайцев — нейтрален.

LminusLBKIBD

Но что же наш третий источник наследственности европейцев, аутосомный компонент Ancestral North Eurasian, полученный при генотипировании останков мальчика с сибирской палеолитической стоянки Мальта? К сожалению, его геном расшифрован не так хорошо по сравнению с двумя предыдущими. Это и неудивительно — оценочный возраст мальтинца втрое больше, около 24 тысяч лет. К тому же за это время и количество сегментов, дошедших до наших современников, должно заметно упасть. Поэтому поиск общих сегментов со стандартными настройками дал весьма невразумительную картину. Пришлось резко ослабить настройки фильтра — вместо минимального размера сегмента в 15о снипов (из примерно 200 тысяч) до 50, и вместо минимальной длины сегмента в 3 сМ до 2. После этого алгоритм смог кое-что уловить:

MaltaIBD

Итак, наиболее родственным мальтинцу народом среди наших современников получились удмурты. Вспоминается, что этот народ является одним из чемпионов по наличию Y-гаплогруппы N, пришедшей в Европу с востока. Впрочем, дело тут может быть совсем в другом.

Конечно, уровень погрешности здесь еще выше, чем в предыдущих случаях, но тем не менее, картина вырисовывается довольно отчетливо и неплохо коррелирует с распространением компонента ANE.

Сборный образец «древнего скандинава» Motala1-2 не показал столь же отчетливой картины, как Loschbour и LBK. Видимо, дело в том, что он получен в результате объединения данных из разных наиболее качественно прочитанных геномов. При ослаблении настроек фильтра аналогично мальтинцу получается весьма похожая на Loschbour картина, но более размытая. Не думаю, что есть смысл приводить ее здесь.

Итак, среди современных европейцев можно найти родственников представителей всех трех основных источников (по крайней мере, известных сейчас) их современного генофонда. Насколько реально это родство? Сложно сказать. Конечно, тяжело поверить в сохранение IBD-сегментов на протяжении сотен поколений. С другой стороны, как показало моделирование, мелкие сегменты почти неуничтожимы. А ведь для отрисовки карт используются в основном именно маленькие сегменты в диапазоне 3-4-5 сМ. Возможно, многие из них являются результатом случайного объединения еще более мелких сегментов, или они поддерживаются отбором, или случайно закрепились в популяции. Думаю, что мы в любом случае можем считать этих людей своими родственниками, хотя и не очень близкими ))

Этногеномика беларусов — часть V

Обсуждение результатов и выводы

 

Как отмечалось в введении к нашей статье, главной задачей нашего исследования являлась проверка двух рабочих гипотез, озвученных в предыдущих исследованиях профессиональных попгенетиков. Во-первых, это гипотеза о присутствии трех основных древних компонентов , которая указывает на возможность общего происхождения славян и балтов. Во-вторых, это утверждение о том, что своеобразие аутосомного генофонда беларусов может быть связанно с вкладом балтского субстрата.

После внимательного изучения результатов нашего исследования,можно сказать, что оба из приведенных выше заключений представляют собой крайне упрощеные варианты сложного процесса формирования аутосомного генофонда беларусов. Хотя мы и не можем предоставить окончательных аргументов в пользу или опровержение каждой из этих версий, мы может предоставить более полное и подробное обозрение структуры аутосомного генофонда. В отличие от трех основых компонентов, упомянутых выше, в нашем исследовании мы выделили шесть основных компонентов, типичных для европейцев в целом. Основу генофонда составляет компонент, который мы обозначили как северо-восточно-европейский компонент. Именно этот компонент выделяет беларусов среди других восточных славян, приближая их к современным балтийским популяциям (у литовцев процент компонента составляет 81,9, у латышей — 79,5%, у беларусов -76,4%, у эстонцев — 75,2%). Примечательно, по мере удаления от территории Беларуси на север в с торону Латвии и Эстонии, увеличивается процент северо-европейского генетического компонента (как мы полагаем, этот компонент доминировал в генофонде доисторических жителей Скандинавии в эпоху до распространения финно-угоров и индо-европейцев). С другой стороны, беларусов и других восточных славян отдаляет от балтов и сближает друг к другу более высокий процент так называемого западно-азиатского или кавказского компонента (любопытно, что в этом случае эта закономерность может свидетельствовать в пользу западно-азиатской теории происхождения индо-европейцев).

Далее, как показывает анализ в программе fineStructure, генофонд беларусов характеризируется высокой степенью генетических контактов как с балтами, так и остальными славянами, а также с рядом финно-угорских популяций (например, c эрзя и мокша). О симметричном характере межпопуляционного обмена свидетельствует симметричное расположение популяции беларусов относительно этих трех групп.

Исходяизвышенаписанного,представляетсялогичнымсделатьвыводотом,чтоосновнойкритическийэтапстановленияаутосомногогенофондапришелсянапериодсмешиванияносителейсеверо-восточно-европейскогогенетическогокомпонентасносителямизападно-азиатского(кавказского)генетическогокомпонента,послечегопредковыйаутосомныйгенофондбеларусовприобрелотносительнуюстабильность.Разумеется,даннаямодельнеисключаетпозднейшиеэпизодысмешиванияпопуляций,ноониоставилименьшийследвструктуреаутосомногогенофондабеларусов.Вэтойсвязивозникаеточевидныйвопрос–вкакойименноисторическийпериодпроизошлосмешениеносителейсеверо-восточно-европейскогогенетическогокомпонентасносителямизападно-азиатского(кавказского)генетическогокомпонента,иктобылиихносителями?
В начале сентября 2012 года известная американская лаборатория популяционной генетики доктора Райха опубликовала альфа-версию программного продуктаADMIXTOOOLS1.0. Альфа-версия была разработана для внутреннего использования, поэтому modusoperandiэтого продукта вряд ли является кристально понятным для стороннего пользователя. Положительным аспектом на мой взгляд является то, что ADMIXTOOLSпакет обеспечивает полную совместимость с форматом другой очень популярной программыEIGENSOFT, которая была разработана в той же лаборатории. Это немаловажное обстоятельство намного упрощает процесс обучения в ADMIXTOOLS.

Вышеупомянутый пакет включает в себя 6 приложений, среди которых я считаю наиболее полезнойqp3Popи утилиты для вычисления частотной характеристики аллелей. Впрочем, я не собираюсь обсуждатьqp3popво всех деталях и в контексте данной заметки достаточно отметить, что эта программа реализует тест three_pop(F_3), подробно описанный в известной статье Рейха и соавт. 2009.

Однако другой имплементированный в пакете метод, – метод rolloff– нуждается в более пристальном внимании. Этот метод позволяет производить математическую оценку как времени, так как и уровня адмикса. Оценка производится на основании анализа неравновесия по сцеплению между SNP-ами. Тут необходимо вспомнить стандартное определение неравновесия по сцеплению.Неравновесием по сцеплению (часто используется английская аббревиатураLD) называется неслучайная связь между двумя аллелями, в силу которой определенные комбинации аллелей встречаются наиболее часть. В теории, чем дальше друг от друга находятся SNP-ы ,тем меньше будет уровень LD. Темп угасания снижения LDв адмиксе напрямую связана с числом поколений, прошедших с момента адмикса, так как cвозрастанием числа поколений увлечивается число рекомбинаций произошедших между двумя отдельными SNP-ами. Проще говоря: Rolloffсоответствует экспоненциальной кривой угасания уровня LDот расстояния, и эта скорость экспоненциального снижения как раз и используется для оценки числа поколений, так и уровня адмикса в анализируемой популяии. Учитывая, что одно поколение примерно равно 29 лет, можно преобразовать число поколений в года.

Этот метод открывает интересные перспективы. Для целей этого анализа, я создал специальный набор SNP-данных, который включает в себя около 750 000 cнипов, частично или полностью в 250 различных популяциях человека. Далее, я разбил популяции 3 * 62 000 трио в следующем виде (X, Y, Z), где X и Y – пара рефренсных групп, а Z – белорусы из коллекцииBehar et al.2010. После этого я провел q3Pop анализ этих трио.

Результаты изложены в нижеприведенной таблице

Indian Polish Belarusian -0.000736 0.000251 -2.935
Polish Indian Belarusian -0.000736 0.000251 -2.935
Karitiana Sardinian Belarusian -0.001278 0.000517 -2.471
Sardinian Karitiana Belarusian -0.001278 0.000517 -2.471
Otzi North_Amerind Belarusian -0.002556 0.001126 -2.271
Cirkassian Polish Belarusian -0.000488 0.000231 -2.113
Polish Cirkassian Belarusian -0.000488 0.000231 -2.113
Pima Otzi Belarusian -0.002727 0.00137 -1.99
Pima Sardinian Belarusian -0.000794 0.000431 -1.843
Sardinian Pima Belarusian -0.000794 0.000431 -1.843
Otzi Surui Belarusian -0.002938 0.001931 -1.522
Surui Otzi Belarusian -0.002938 0.001931 -1.522

 

На первый взгляд, результаты нашего эксперимента с 3qPop, кажется, неплохо согласуются с выводами, содержащимися в работеПаттерсон и др. 2012: “Самый поразительный вывод состоит в обнаружени четкого сигнала адмикса в северной Европе, один из элементов которого связан с предками населения наиболее близкого по своей генетике к баскам и жителям Сардинии, а другой – с предками современного населения северо-восточной Азии и Америки. Этот явный сигнал, вероятно, отражает историю смешивания неолитических мигрантов с коренным населением Европы, что подтверждается недавним генетическим анализом древних костей Швеция и секвенированием полного генома Отци Тирольца”. Что касается собственно белорусов, то источники сигнала смешивания с посторонними популяцими менее ясны и расплывчаты. Как было показано ранее, с точки зрения формального анализа примесей (f3 статистики), белорусы могут быть представлены в виде популяционного микса поляков и индусов / черкессов. Первый компонент смеси может быть связан с носителями культуры шнуровой керамики/боевых топоров и культуры колоковидных кубков; второй, в соответствии с результатами, должен быть общим для индусов и черкесов.

 

Белорусы = ((неолитические культуры Европы) + “носители культуры колоковидных кубков”) + (мезолитическое население Европы) + компонент носителей культуры шнуровой керамики)) + скифо-сарматский тип

 

Для оценки дата события базового адмикса в белорусской популяции, мы использовали в качестве референсных популяций поляков и индусов (Примечание: мы снизили порог генетических дистанции в параметрах Rolloff для снижения уровня шума от более поздних адмиксов).

 

rolloff

Как вы можете видеть, сигнал присутствия адмикса обнаруживается гораздо хуже, и в силу этого, погрешности в оценке временного промежутка высоки:

154,158 + -87,024 поколений назад (или, 4470 + -2523 года до настоящего времени / 2510 – +2523 лет до н.э.).

 

Исходя из этого, мы решили модифицировать Rolloff-анализ генофонда белорусов, используя на этот раз в качестве референсов литовцев и пуштунов. Следуя этому совету, я решил предпринять вторую попытку формального анализа адмикса в двух имеющихся у нас выборках беларусов ( выборка беларусов из статьи Behar et al. 2011), и выборка беларусов, собранная в нашем проекте.Ниже приведены результаты эксперимента с двумя этими группам (в отличие результатов нашей предыдущей попытки, результаты данного эксперимента менее “зашумленные”):

rolloff2

 

Интервал числа поколений, прошедших со времен анализируемого адмикса (105.086+-52.59) или 3069 +- 1525 лет до настоящего времени, что соответствует временном интервалу 2 тыс. до нашей эры – 6 век нашей эры. Принимая во внимание эти выводы, мы можем предположить, что основной аутосомный эпизод смешивания предковых популяций беларусов произошел в течении довольно таки продолжительного времени, охватывающего несколько тысяч лет. В этой связи, вопрос о том, кто именно был носителями северо-восточно-европейскогогенетическогокомпонентасносителямизападно-азиатского(кавказского)генетическогокомпонента, остается открытым.

Этногеномика беларусов — часть IV

Анализ структуры аутосомного генофонда популяции беларусов: результаты анализа этнического адмикса.

 

После проведения анализа этно-популяционного адмикса мы получили следущие результаты, обсуждению которых будет посвящена следущая часть нашего исследования. Результаты представляют собой разбивку аллельных частот на 22 кластера, каждый из которых представляет собой гипотетическую предковую популяцию. Поскольку в цели данного небольшого исследования не входит подробный анализ всех популяций, мы ограничимся сравнительном анализом структуры (компонентов) беларусов c географически близкими популяциями, а также с теми популяциями, которые могли входить в исторические контакты с предками современных беларусов:

admix

 

Рисунок 3. Результатыанализа ADMIXTUREK=22

У рассматриваемых здесь европейских популяций наиболее часто представлены следующие компоненты:

North-East-European,Atlantic_Mediterranean_Neolithic,North-European-Mesolithic, West-Asian, Samoedic, Near_East.

Разберем вкратце каждый из них. В ракурсе нашего исследования самым важным компонентом представляется – северо-восточно-европейский компонент North-East-European, он присутствует почти у всех европейцов, и в самой значительной степени — у балтов и славян: литовцы (81,9), латыши (79,5), беларусы (76,4), эстонцы (75,2), поляки (70,2), русские (67- 70,4), украинцы (62,1- 67,1), сорбы (65,9), карелы (60,2), вепсы (62,5), чехи (57,4), северные немцы (54,6), южные- 42,6, у британцев от 46 до 49, норвежцы- 48,1, шведы- (53,7).

Второй по значимости компонент — Atlantic_Mediterranean_Neolithic (юго-западно-европейский или просто западно-европейский неолитический компонент).[1]У восточноевропейцев он выражен в умеренной степени- чехи (27,8), поляки (18,4), украинцы ( от 17 до 21%), беларусы (13%), русские (от 11 у северных до 17,3 у южных), у коми (8,9 %), манси (8,8 %).

Третьй компонент – северо-европейский мезолитический компонент -North-European-Mesolithic[2]: cаамы (76,4 %), финны (от 30,1 до 37,3 %), вепсы (24,1), карелы (23,2), ижорцы (22, 7). Заметен этот компонент и у северных русских (10,5 %), норвежцев (9,8 %), шведов (7,8 %), эстонцев (7,1 %). У беларусов он практически отсутствует (1.1%).

Четвертый компонент – западно-азиатский (кавказский) West Asian[3]. На интересуемой нас территории этот компонент чаще встречается у казанских татар (9,9 %), южных немцев (8,4), украинцев (от 6,6 до 7,7 %), южных русских (6,2%). На западе высок процент у итальянцев (21,5 % у центральных итальянцев), французов (6,7 %), у беларусов (2.2%).

Пятый компонент — уральский Samoedic. Значительно присутствует у селькупов (68,1%), хантов (64,6), ненцы (37,1), манси (30,9 %-), удмурты (29,6), марийцы (27, 8), шорцы (22,0 %), башкиры (21,7%), чуваши и хакассы по 17,6 %, коми- 16,4 %, казанских татар (11,9 %). У западноевропейцев этот компонент практически не встречается, у русских (от 1,0% у центральных до 4,7 % у северных), у карел (1,6%), словаков (1,4%), западных украинцев (1,7 %), беларусы (0.5%).

Шестой компонент – ближневосточный Near_East[4]У южных немцев (3,5), украинцы (от 2,3 у восточных до 3,8 % у западных), чехи (3,0), беларусы (3,4), словаки (3,2), у русских от 1,0 до 1,5%, у литовцев- 1,4%, у поляков- 1,3 %.

[1]Больше всего у сардинцев (68,1 %), басков (59,2 %), иберийцев (48,8), корсиканцев (47,8), португальцев (46,6), северных итальянцев (44,3), французов (43,5 %). Данный компонент достаточно выражен у всех западноевропейцев- более 30 %

[1]Название связано с тем, что этот компонент достигает значительных частот в древней ДНК жителей мезолитической Иберии, неолитических жителей Швеции и современном ДНК жителей Фенноскандии

[1]Наибольший процент на Западном Кавказе- абхазы (64, 9%), имеретинцы (63,7), лазы (56,6), аварцы (56,8), лезгины (55,4).

[1]Евреи Йемена (60,9 %), Сауд. аравия (59,5), бедуины (56,7), евреи Эфиопии (52,5), египтяне (43,8).В Европе oтносительно много у итальянцев (центр- 17,4), португальцев (11,9).

 

Анализ разделяемых аутосомных сегментов между популяциями Северо-Восточной Европы.

С целью верификации результатов анализа главных компонентов генетического разнообразия я подготовил новую выборку популяций, которая включает в себя ряд референсных евразийских популяций и анализируемую группу участников моего проекта MDLP. В совокупности, выборка включала в себя 900 индивидов, каждый из которых был типирован по 350 000 снипам.В ходе нового экспериментального теста в ходе статистической обработки общих по генетическому происхождению сегментов хромосом в составе выборки было выделенно 15 групп кластеров генетически близких популяций Как нам представляется, ключевым моментом для понимания принципов этого анализа, а также результатов, является понятие эффективной популяции или эффективный размер (Ne) популяции, т.е размера той популяции которая участвовала в репродукции или обмене генами в некоем отдаленном временном промежутке. Собственно говоря, эффективная популяция – это даже не число уникальных предков, а математическая абстракция разброса гамет, размер которого оценивается исходя из разброса числа гамет относительного к гамет, передаваемых родителям репродуктивного возраста следующему поколению. Он отличается от репродуктивоного объема Nr в той мере, в какой существует неравный вклад лиц родительского поколения в генофонд следующего поколения. Это создает разброс значений числа гамет к, того родителя относительно числа гамет к, передаваемых родителям следующему поколению (Wright, 1931, Li Ch. Ch., 1955). Новая программа Chromopainter позволяет оценить этот размер, исходя из числа наблюдаемых рекомбинаторных гаплотипов и значений LD. Когда я производил оценку этого размера, то для каждой из 22 неполовых хромосом он получился разный, однако среднеарифметическое значение составило 22 000. Это близко к значениям Neрекомендованным к использованию профессионалами (например, авторами программы IMPUTE V2). Как видно из приведенных ниже результатов, даже 22 000 для совокупности эффективного размера элементарных популяций – это более, чем достаточно.

 

finest

Рисунок 4. Расположение популяций в пространстве 1 и 3 главных генетических компонентов

 

Изложим ниже некоторые закономерности размещения популяци

 

  1. Финны оказались ближе к русским и поволжским финно-угорам (эрзя и мокша)
  2. Все литовцы (участники проекта + референсы из вышеупомянутой статьи Бехара) и часть референсных белорусов образовали отдельный кластер, тесно примыкающий к кластеру белорусов, поляков, украинцев

  3. Следущим кластером является центрально-европейский кластер, представленный главным образом венграми, хорватами, а также частью немцев.

  4. Ниже находится балканский кластер (румыны, болгары и часть венгров).

  5. К этому кластеру примыкают турки и часть армян

  6. В центре плота находятся западноевропейцы из моего проекта (французы, немцы, бельгийцы и жители британских островов).

  7. Выше находятся два оркнейских кластера, в которых находится и часть скандинавских сэмплов.

  8. Еще левее находится кластер образованный референсными северо-итальянцами и тосканцами.

  9. Ниже находятся армяне и слево итало-иберийский кластер (часть итальянцев и испанцы).

  10. Левее этой группы популяций находится кластер ашкеназов.

  11. Наконец, самый крайний слева кластер представлен изолированной популяцией сардинцев.

  12. Ниже итало-иберийского и армянского кластеров расположен целый ряд кавказский кластеров. Это прежде всего адыгейцы и абхазцы, затем северные осетины.

  13. Вышеназванные кластеры частично перекрывают кластер ногайцев (что свидетельствует о наличии генетического обмена между северокавказскими популяциями и ногайцами)

  14. Кластер ногайцев плавно переходит в кластер узбеков, который в свою очередь примыкает к изолированному кластеру чувашей

  15. Наконец самым изолированным кластером является кластер французских басков (в нижнем левом углу плота).[5]

 

[1]Больше всего у сардинцев (68,1 %), басков (59,2 %), иберийцев (48,8), корсиканцев (47,8), португальцев (46,6), северных итальянцев (44,3), французов (43,5 %). Данный компонент достаточно выражен у всех западноевропейцев- более 30 %

[2]Название связано с тем, что этот компонент достигает значительных частот в древней ДНК жителей мезолитической Иберии, неолитических жителей Швеции и современном ДНК жителей Фенноскандии

[3]Наибольший процент на Западном Кавказе- абхазы (64, 9%), имеретинцы (63,7), лазы (56,6), аварцы (56,8), лезгины (55,4).

[4]Евреи Йемена (60,9 %), Сауд. аравия (59,5), бедуины (56,7), евреи Эфиопии (52,5), египтяне (43,8).В Европе oтносительно много у итальянцев (центр- 17,4), португальцев (11,9).

 

[5]Такое поведение на плоте объясняется только изолированным положением популяции и небольшим числом эффективной популяции.То есть все эти баски являются многократными родственниками между собой т.е., положение басков на графике есть следствие классического генного дрейфа, который можно наблюдать на карте.На самом деле положение басков на данном плоте не может ни подтвердить, ни опровергнуть гипотезу о континуитете баскской популяции , т.к PCA-координаты (eigenvalues и eigenvectors) вычислялись в Chromopainter исходя из количества sharedDNAchunks между популяциями-донорами и популяциями-рецепиентами.То есть баски изоляты в том смысле, что уровень обмена ДНК между ними и другими популяцими ничтожен.

Исходя из этого можно сделать вывод о том что баски эта экстремально-эндогенная популяция изолянтов, при этом генетическое разнообразие басков низко, т.к. размер эффективной популяции басков низок.

Бета-версия нового этно-популяционного калькулятора MDLP K27

По многочисленным просьбам, я все же решил сделать релиз бета-версии нового MDL DIYкалькулятора. Калькулятор носит кодовое название K27 по числу принятых в качестве априорных предковых компонентов.
Нужно отметить, что перед принятием решения о релизе я долго думал о том, имеет ли смысл выкладывать калькулятор и сопутствующую ему версию Genomic Oracle в открытый доступ. После долгих колебаний я все же решил все же выложить

Хочу сразу отметить три важных нюанса:

1) Эта версия коренным образом отличается от тех бета-версий, которые я отправлял на тестирование ув. А.Бурнашеву и С.Козлову

2) Я не собираюсь (пока) встраивать его в калькуляторы Gedmatch

3) Самое важное: в силу гораздо большего охвата референсных популяций (а всего их 429) в мировом масштабе, этот калькулятор будет гораздо менее информативен для европейцев (восточных и западных), в сравнении с другими калькуляторами проекта, уже находящимися на gedmatch. Это связана прежде всего с тем, что между главными кластерами генетического разнообразия европейцев наблюдается крайне низкая степень дивергенции.  Низкая степень дивергенции заметна на графике MDS центроидов генетического разнообразия каждой из использованных популяций (европейцы находятся в очень узком кластере в центре большого скопления в правой части графика)

Скорее всего в  случае с чистыми европейцами, калькулятор будет показывать только ключевые исторические эпизоды смешения популяций. В калькуляторе из 27 кластеров только 3-4 имеют значение для типичных европейцев. Зато (скорее всего) он будет идеальным инструментов для людей с би- и трирасовым происхождением, а также америндов, азиатов, и африканцев. Остальным рекомендую принимать результаты, как говорят англичане, with a grain of salt.

С другой стороны,  судя по дендрограммам кластеров калькулятора, объединение и соединения компонентов имеют четкую и логичную структуру:

Кластеризация компонентов в эвклидовой метрике
Кластеризация по методу Complate Linkage/Chi-square
Chi-Square/Ward’s method

Инструкции по пользованию калькулятором такие же как и в базовой версии калькулятора от Dienekes Pontikos (эти инструкции можно найти в его блоге). Файл параметров называется test.par.

Что касается Oracle, команды аналогичные Dodecad Oracle, c той лишь разницей что рабочая функция называется cответственно MDLOracle и MOracle2.

Ccылки на скачивание

MDLOracle

Oracle

DIYCalculator

Примечание — в этом дистрибутив калькулятора по ошибке не был включен файл с названиями компонентов (test.txt) .
Этот файл содержит названия компонентов в следующем порядке

Nilotic-Omotic
Ancestral-South-Indian
North-European-Baltic
Uralic
Australo-Melanesian
East-Siberean
Ancestral-Yayoi
Caucasian-Near-Eastern
Tibeto-Burman
Austronesian
Central-African-Pygmean
Central-African-Hunter-Gatherers
Nilo-Saharian
North-African
Gedrosia-Caucasian
Cushitic
Congo-Pygmean
Bushmen
South-Meso-Amerindian
South-West-European
North-Amerindian
Arabic
North-Circumpolar
Kalash
Papuan-Australian
Baltic-Finnic
Bantu

Практические результаты использования калькулятора на примере исходных популяций выборки

Расклад предковых компонентов у Этци Тирольского человека

[1,] «S1» «0»
[2,] «28.1% Cypriot + 71.9% Sardinian» «10.4539»
[3,] «28.8% Cretan + 71.2% Sardinian» «10.5494»
[4,] «23.1% Druze + 76.9% Sardinian» «10.5847»
[5,] «19.9% Bulgarian-Roma + 80.1% Sardinian» «10.6089»
[6,] «19.8% Macedonian-Roma + 80.2% Sardinian» «10.6152»
[7,] «20% Roma + 80% Sardinian» «10.6193»
[8,] «29.9% Island-Greek + 70.1% Sardinian» «10.7168»
[9,] «30.3% Ashkenazi + 69.7% Sardinian» «10.8659»
[10,] «19.4% Georgian_Laz + 80.6% Sardinian» «10.928»

Структура компонентов в образцах древней ДНК из пещеры La_Brana

 BRA
[1,] «BRA» «0»
[2,] «75.5% North_Finn + 24.5% Spanish_Basque» «17.0606»
[3,] «24.2% French_Basque + 75.8% North_Finn» «17.3356»
[4,] «77.1% North_Finn + 22.9% Sardinian» «19.5163»
[5,] «24.1% Iberian + 75.9% North_Finn» «21.1495»
[6,] «76.2% North_Finn + 23.8% Spanish» «21.3459»
[7,] «78.5% North_Finn + 21.5% S1» «22.1884»
[8,] «76.7% North_Finn + 23.3% Portuguese» «22.5586»
[9,] «76.3% North_Finn + 23.7% Puerto-Rican» «22.7617»
[10,] «22.1% Corsican + 77.9% North_Finn» «23.2394»

Древнее ДНК пост-мезолитических жителей Швеции (Готланда)

[1,] «Swedish-Mesolithic» «0»
[2,] «8.9% AriblacksmithIbd + 91.1% Latvian» «13.1043»
[3,] «9% Ariblacksmith + 91% Latvian» «13.1644»
[4,] «9.3% Aricultivator + 90.7% Latvian» «13.9085»
[5,] «9.3% AricultivatorIbd + 90.7% Latvian» «13.9138»
[6,] «7.4% AriblacksmithIbd + 92.6% Lithuanian» «15.5735»
[7,] «7.4% Ariblacksmith + 92.6% Lithuanian» «15.6297»
[8,] «92.7% Latvian + 7.3% Wolayta» «15.8622»
[9,] «4.8% Kalash + 95.2% Latvian» «16.2399»
[10,] «7.4% Aricultivator + 92.6% Lithuanian» «16.2569»

Древнее ДНК неолитических жителей Щвеции

1,] «Swedish-Neolithic» «0»
[2,] «61.9% Georgian_Jew + 38.1% Selkup» «22.6282»
[3,] «38.7% Selkup + 61.3% SephardicBul» «22.7533»
[4,] «37.6% Selkup + 62.4% Sephardic_Bulgaria» «23.0667»
[5,] «62.6% Morocco_Jew + 37.4% Selkup» «23.2594»
[6,] «38.2% Selkup + 61.8% SephardicTurk» «23.6872»
[7,] «38.6% Selkup + 61.4% South-Sicilian» «23.7453»
[8,] «38.1% Selkup + 61.9% West-Sicilian» «23.8583»
[9,] «56.3% Georgian_Jew + 43.7% Udmurd» «23.9074»
[10,] «37.2% Ket + 62.8% SephardicBul» «24.21»

Древнее ДНК жителя палеолитической стоянки Мальта (Сибирь)

[2,] «33.7% Brahui + 66.3% Udmurd» «21.9804»
[3,] «34.5% Makrani + 65.5% Udmurd» «22.357»
[4,] «34.3% Balochi + 65.7% Udmurd» «22.413»
[5,] «33.3% Sindhi + 66.7% Udmurd» «24.1198»
[6,] «36.5% Burusho + 63.5% Udmurd» «24.211»
[7,] «39.7% Pashtun + 60.3% Udmurd» «24.3389»
[8,] «34.3% Pathan + 65.7% Udmurd» «24.716»
[9,] «32.2% Pakistani + 67.8% Udmurd» «24.753»
[10,] «41.4% Tadjik + 58.6% Udmurd» «24.852

Довольно-таки интересны результаты литовских татар. Они показывают что основу их популяции составляли группы близкие к современным каракалпакам. Доказан факт смешивание со славянскими популяциями.

[1,] «Tatar_Lithuania» «0»
[2,] «45.7% Belarusian + 54.3% Karakalpak» «4.114»
[3,] «48.2% East-Ukrainian + 51.8% Karakalpak» «4.362»
[4,] «53.2% Karakalpak + 46.8% South-Russian» «4.373»
[5,] «45.7% Center-Russian + 54.3% Karakalpak» «4.4215»
[6,] «51.8% Karakalpak + 48.2% Russian_cossack» «4.7105»
[7,] «53.7% Karakalpak + 46.3% Pole» «4.7189»
[8,] «51.1% Karakalpak + 48.9% Ukrainian» «4.7654»
[9,] «56.2% Karakalpak + 43.8% Russian» «4.9077»
[10,] «49.9% Karakalpak + 50.1% West-Ukrainian» «5.5127»

Результаты дагестанцев. У кумыков из Стальского замтене сдвиг в сторону европейского неолитического фона, у даргинцев из Уркараха — в сторону таджиков, бурушей и пакистанцев

[,1] [,2]
[1,] «Stalskoe» «0»
[2,] «89.3% Lak + 10.7% Sardinian» «5.9513»
[3,] «87.7% Lak + 12.3% S1» «5.9727»
[4,] «90% Lezgin + 10% Sardinian» «6.2035»
[5,] «91.1% Lezgin + 8.9% Spanish_Basque» «6.2534»
[6,] «88.6% Lezgin + 11.4% S1» «6.339»
[7,] «8.8% French_Basque + 91.2% Lezgin» «6.3573»
[8,] «14.8% S1 + 85.2% Urkarah» «6.613»
[9,] «87.4% Lezgin + 12.6% Puerto-Rican» «6.6176»
[10,] «11.3% Iberian + 88.7% Lezgin» «6.6416»

[1,] «Urkarah» «0»
[2,] «87.2% Lak + 12.8% Tadjik» «3.9718»
[3,] «7.4% Brahui + 92.6% Lak» «4.027»
[4,] «7.1% Balochi + 92.9% Lak» «4.1902»
[5,] «90.7% Lak + 9.3% Pashtun» «4.2146»
[6,] «92.9% Lak + 7.1% Makrani» «4.2644»
[7,] «96.3% Lak + 3.7% Orcadian» «4.4254»
[8,] «5.3% Burusho + 94.7% Lak» «4.4391»
[9,] «95.4% Lak + 4.6% Pakistani» «4.4458»
[10,] «95.3% Lak + 4.7% Sindhi» «4.4459»

Чеченцы, как и должно быть находятся как бы посередине между восточно-северокавказскими популяциями и популяциями западной части северного Кавказа (дагестанцами):

[1,] «Chechen» «0»
[2,] «41.7% Balkarian + 58.3% Lezgin» «1.2933»
[3,] «47% Balkarian + 53% Lak» «1.461»
[4,] «48.6% Adygei + 51.4% Lak» «1.5575»
[5,] «43% Adygei + 57% Lezgin» «1.7072»
[6,] «54.3% Lak + 45.7% North-Ossetian» «2.2724»
[7,] «62% Adygei + 38% Urkarah» «2.3513»
[8,] «60.2% Lezgin + 39.8% North-Ossetian» «2.3592»
[9,] «60.3% Balkarian + 39.7% Urkarah» «2.3594»
[10,] «32.1% Cirkassian + 67.9% Lezgin» «2.647»
Доказана примесь тюркских генов у русских казаков

[,1] [,2]
[1,] «Russian_cossack» «0»
[2,] «4% Karakalpak + 96% Pole» «1.6702»
[3,] «92.7% Pole + 7.3% Tatar_Lithuania» «1.673»
[4,] «3.5% Kyrgyz + 96.5% Pole» «1.6749»
[5,] «96.1% Pole + 3.9% Uyghur» «1.6836»
[6,] «96.3% Pole + 3.7% Uygur» «1.6839»
[7,] «3.6% Kazakh + 96.4% Pole» «1.7032»
[8,] «96% Pole + 4% Uzbek» «1.7071»
[9,] «96.1% Pole + 3.9% Turkmen» «1.7144»
[10,] «3.6% Hazara + 96.4% Pole» «1.7184»

Результаты  крымских татар также обнадеживают. Они представлены как смесь ногайцев, башкиров, литовских татар, — и румын, греков из разных областей, что логично.

[1,] «Tatar_Crim» «0»
[2,] «54.3% Nogay + 45.7% South-Greek» «2.26»
[3,] «46.4% Center-Greek + 53.6% Nogay» «2.9529»
[4,] «46.2% Greek + 53.8% Nogay» «3.1448»
[5,] «55.8% Nogay + 44.2% North-Greek» «3.2151»
[6,] «50% Nogay + 50% Romanian_Jew» «3.3766»
[7,] «41.4% Kosovar + 58.6% Nogay» «3.9495»
[8,] «73.3% Greek_Azov + 26.7% Tatar_Lithuania» «4.6688»
[9,] «22.5% Bashkir + 77.5% Greek_Azov» «4.8702»
[10,] «57.6% Nogay + 42.4% Romanian» «5.0906»

Cеверные финны из Куусамо. Они выходят наиболее истинными наследниками палеолитического населения Европы

[,1] [,2]
[1,] «North_Finn» «0»
[2,] «39.8% BRA + 60.2% Finland» «22.1224»
[3,] «49.2% BRA + 50.8% South_Finn» «24.2635»
[4,] «54.8% BRA + 45.2% Finn» «25.2111»
[5,] «64.1% BRA + 35.9% Inkeri» «25.9453»

Новая версия этно-популяционного калькулятора MDLP и соображения по поводу генетического разнообразия человечества

Сравнение снп-теста DNA Tribes и MDLP World-22 Вадима Веренича.

С подачи FenriR я проработал таблицу эталонных популяций 20-компонентного снп-этнокалькулятора DNA Tribes. Структурно он довольно схож с World-22 Вадима Веренича, поэтому логично провести их сравнение. Европа у Вадима (и в большинстве других калькуляторов) разделяется на два основных полюса — Литва (Северо-Восточная Европа) и Сардиния/баски (Атлантика-Средиземноморье). В ДНА Трайбс выделены эти же два компонента как Славик-Балтик и Медитерранеан. Кроме этого, они постарались выделить еще один компонент — Северо-Западную Европу с пиком в Ирландии и на Оркнейских островах. Логично, если они хотят увеличить детализацию теста для людей преимущественно британского происхождения. Компонент получился композитным, на Западе он заменяет в первую очередь Славик-Балтик, на Востоке — Медитерранеан. Поэтому распространение Славик-Балтик среди славян близко к Северо-Восточной Европе World-22 (с поправкой, о которой в разделе про Уралик), среди германских же и романских народов он падает гораздо резче. Аналогично Медитерранеан доминирует на юго-западе Европы — в абсолютных значениях сильнее, чем у Вадима, но быстрее спадает при удалении.
Мне кажется, основные европейские кластеры сделаны резче, чем они на самом деле, это загрубляет результаты. Но в целом распределение по ним выглядит верным.
Следующий компонент — Уралик. Здесь попытались объединить финнов и чувашей, что, на мой взгляд, неверно для Восточной Европы. Оба этих народа очень своеобразны. Видимо, действовали по аналогии с объединением сардинцев и басков и хотели вывести аналогичной кластер для противоположного конца Европы. Что-то в этой идее есть, но финнов тяжело с кем-то объединить. В результате в состав компонента вошли Мезолитическая Северная Европа из World-22 (финский, в более широком смысле общий северо-европейский компонент), Самоедик (уральский-западносибирский компонент), и отщипнули хороший кусок от Балто-Славика. Здесь калькулятор Вадима выглядит гораздо детальнее и точнее.
Далее идет «сибирский» адмикс, который у Вадима Веренича тонким слоем размазан по северо-востоку Европы. У ДНА Трайбс он частью тоже ушел в Уралик, частично виден у северных русских и очень сильно представлен у чувашей (на мой взгляд, слишком сильно). Важный европейский компонент — Кавказ/Западная Азия. В World-22 он распространен по всей Европе в сравнительно небольших количествах. Считается, что это след первых земледельцев из Малой Азии, в свое время распространившихся по Европе, но впоследствии вытесненных/ассимилированных. В ДНА Трайбс распространение Кавказа и Ближнего Востока (Месопотамиан) похоже на вариант Веренича, но тоже проявлено слабее — видимо, часть ушла в резкие европейские компоненты. Резюмируя — каждый калькулятор нацелен на свою аудиторию. Если DNA Tribes в первую очередь концентрируются на Западной Европе, то проект Вадима Веренича дает заметно лучшую детализацию по Европе Восточной.Судя по результатам FenriR (результаты других форумчан опубликованы до последнего изменения методики), уровень шума в DNA Tribes довольно велик — если Mesoamerican 3.0% Indus Valley 2.9% еще можно списать на Север, Сибирь и Поволжье, то West African 2.0% откровенный шум.

Порог генетического разнообразия человечества.

Поскольку калькулятор показал в большинстве случаев свою состоятельность, я решил начать работу над новой версией этно-популяционного ДНК-калькулятора. Однако прежде чем разместить краткий анонс предстоящего реализа, хочется упоминать примечательную работу, вышедшую в журнале Nature пару дней назад. В журнале “Nature” 3 июля 2013 г. опубликована статья «Генетическое разнообразие и популяционная история высших приматов», подписанная 55 генетиками (лидеры группы – Ксавьер Прадо-Мартинес из Института эволюционной биологии в Барселоне и Питер Садмант из университета штата Вашингтон в Сиэтле). Исследование весьма интересно  как антропологам, так и приматологам. Однако нас, с точки зрения генетики, заинтересовал следующий фрагмент исследования:

Авторы изучили 89 млн точечных нуклеотидных полиморфизмов (SNP) у 79 представителей различных подвидов всех шести видов крупных человекообразных обезьян – шимпанзе, горилл и орангутанов, – а также у 9 людей (трех африканцев и шести жителей других континентов).

Внутривидовая генетическая вариабельность у человека не выходит за пределы внутривидовой изменчивости у других высших приматов, а точнее, находится на ее нижней границе. Гетерозиготность оказалась ниже всего у западных шимпанзе, бонобо, восточных горилл (это связано с инбридингом), а также у людей, особенно представителей неафриканских групп. Последнее вызвано постепенной утратой генетической изменчивости после исхода сапиенсов из Африки и их расселения по миру. Наиболее высокая гетерозиготность обнаружена у суматранских орангутанов.

Как мы видим ниже, именно эти вычисления и выводы о уровне гетерозиготности (которая в данном контексте используется  в качестве индикатора вариативности популяций) будут иметь особое значение при интерпретации результатов нашего нового калькулятора.

Собственно, сабж.

Упомянутые в статье о высших приматах особенности генетического разнообразия отчетливо заметны на PCA графике будущего калькулятора MDLP K=23 (Ultimate Edition). Он создан в R с помощью пакета rgl.  Я выбрал первые три главных компонента (эйгенвекторы — 1526.55, 1104.50, 1041). Наиболее низкой степенью гетерозиготности отличаются европейцы, особенно из северной Европы. На графике они смещаются в одну большую группу, в то время как наиболее значительной гетерогеностью характеризуются африканцы из субэкватариальной Африки. Таким образом, исходный дизайн выборок в новом калькуляторе отлично укладывается в общую эволюционно-биологическую парадигму.
Мы рассчитал аллельные частоты примерно 130000 тысяч снипов по референсным популяциям, взятым из академических источников. С целью сохранения совместимости с коммерческими данными, были выбраны только те снипы, которые присутствуют либо в последнем чипсете 23andme, и/либо в последнем чипсете FAmilyFinder от FTDNA.
мы вычислили средние значения каждого из 23 компонентов для всех референсных популяций. Также имеются данные по  кластерному определению каждого из снипов.
Судя по разбивке популяций, они выглядят весьма правдоподобными. Но некоторые кластеры вызвают вопросы. Любопытно, что данные из известной работы Xing, в которые использовались дагестанцы из коллекции уважаемой Kazima Bulayeva, как бы образуют вектор параллельный основному вектору Европа-Азия.Радует что график имеет характерную V- или триангулярную форму. Это признак правильного расхождения популяций.Это треугольник с углами в популяциях CEU,бушменов и южных китайцев, причем генетическое разнообразие азиатов включает в себя разнообразие америндских популяций.

Учитывая все вышеизложенные проблемы, перед тем как делать релиз очередного этно-популяционного ДНК-калькулятора, я решил воспользоваться услугами бета-тестеров. В первую очередь, надеюсь на помощь Александр Бурнашев и Srkz (Сергея Козлова) поскольку они лучше остальных в русскоязычном секторе любителей ДНК-генеалогии понимают принципы работы калькуляторов на основе Додекад DIY.

Я также выполнил предварительные вычисления аллельных частот компонентов в собственных данных  и данных референсных беларусов.

Данные моей мамы:

East-European 38,65
Caucausian 27,98
North-European 12
Indian 9,92
Samoyedic 2,4
Arabic 1,55
West-African 1,26
Polinesian 1,04
… Central-Asian-Caucasian 1,02
Amerindian 0,94
Near-East-Mediterranean 0,84
Papuan-Melanesian 0,78
Austronesian 0,59
East-African 0,4
North-European-Caucausian 0,34
Central-African 0,25
Sino-Tibetan 0,04
North-African 0
South-African 0
Nigerian 0
Indo-Chineese 0
Sub-Saharian 0
West-Mediterranean 0

Мои собственные данные

East-European 36,89
Caucausian 28,87
North-European 11,36
Indian 9,98
Arabic 3,51
Central-Asian-Caucasian 2,37
Samoyedic 1,66
Polinesian 1,27
Amerindian 1,12
… Austronesian 1
Papuan-Melanesian 0,85
West-African 0,44
South-African 0,34
Sino-Tibetan 0,13
East-African 0,12
Near-East-Mediterranean 0,07
Central-African 0,04
North-African 0
North-European-Caucausian 0
Nigerian 0
Indo-Chineese 0
Sub-Saharian 0
West-Mediterranean 0

Данные референсных беларусов:

East-European 41,6645%
Caucausian 26,3905%
Indian 12,1348%
North-European 11,0739%
Near-East-Mediterranean 2,0315%
Indo-Chineese 1,4123%
Austronesian 1,1291%
Samoyedic 1,1257%
West-African 1,0845%
… Polinesian 0,6104%
Nigerian 0,5530%
Arabic 0,4754%
South-African 0,3044%
North-African 0,0010%
North-European-Caucausian 0,0010%
Amerindian 0,0010%
Papuan-Melanesian 0,0010%
East-African 0,0010%
Central-Asian-Caucasian 0,0010%
Central-African 0,0010%
Sino-Tibetan 0,0010%
Sub-Saharian 0,0010%
West-Mediterranean 0,0010%

 

Инструкции по использованию геномных калькуляторов

Я давно планировал написать русскоязычную инструкцию по использованию калькуляторов, основанных на парадигме DIY Dodecad, однако все никак не доходили руки. Пару дней назад уважаемый Srkz с форума Молген написал детальную инструкцию к этим калькуляторам. Поскольку инструкции написаны на простом и доступном языке, мне не остается ничего иного, как просто перепостить инструкции в этом блоге.

Так как искать информацию, разбросанную по разным темам довольно сложно, я решил собрать полезные ссылки в одном месте. По мере возможности буду добавлять, поскольку за раз все охватить тяжело.

Программа Диенека Do-It-Yourself DODECAD V2.1 http://dodecad.blogspot.ru/2011/09/do-it-yourself-dodecad-v-21.html (необходима для самостоятельного запуска калькуляторов без заливки данных на Gedmatch).
Инструкция по запуску.
Подготовка к работе:
1) Для работы необходима программа R, скачиваем и устанавливаем отсюда: http://www.r-project.org/
2) Распаковываем содержимое архива DODECAD к себе на компьютер (далее для примера буду считать, что архив распакован в папку C:\DYD, назовем ее «рабочая папка»)
3) Помещаем в рабочую папку файл со своей генетической информацией, скачанной с 23andme https://www.23andme.com/you/download/ или FTDNA (Недавно добавлено GENO 2.0, смотрите http://dodecad.blogspot.ru/2012/11/geno-20-patch-for-diydodecad.html). Назовем его johndoe (по русски будет Имярек  :)   )
4) Для перекодировки файла в формат DYD:
4.1) Запускаем R
4.2) В R выполняем команду setwd(‘c:\\DYD’)
4.3) Выполняем source(‘standardize.r’)
4.4) Выполняем standardize(‘johndoe.txt’, company=’23andMe’) для пользователей 23andme
Или standardize(‘johndoe.csv’, company=’ftdna’) для пользователей FTDNA
4.5) В рабочей папке должен появиться файл genotype.txt

Запуск калькулятора:
5) Распаковываем нужный калькулятор в рабочую папку. В исходный архив уже вложен калькулятор DODECAD v3, его и возьмем в качестве примера.
6) Запускаем R, выполняем setwd(‘c:\\DYD’)
7) Выполняем system(‘DIYDodecadWin dv3.par’). Для других калькуляторов название командного файла .par будет, соответственно, другим.
8 ) Итоговый результат выведется на экран, а также в файл genomewide.txt

Для вывода результата в похромосомном режиме отредактируйте файл .par, заменив строчку genomewide (последняя) на bychr

Работа с Оракулом:
9) Запускаем файл Оракула, например,DodecadOracleV1.RData для нашего примера
10) Выполняем команду DodecadOracle(c(a,b,c…),,k=50), где (a, b, c…) — наши значения по компонентам калькулятора (можно взять из файла genomewide.txt), разделенные запятыми. В самих значениях целая часть от дробной отделяется точкой. k=50 означает «Вывести 50 ближайших популяций». Чтобы вывести варианты смешанных популяций, используем формат команды DodecadOracle(c(a,b,c…),k=50, mixedmode=T). Большие/маленькие буквы имеют значение. Для калькуляторов Вадима Веренича используем команду  MOracle  вместо DodecadOracle

Разнообразные калькуляторы Диенека: http://dodecad.blogspot.ru/search/label/DIYDodecad

Калькуляторы JTest и EUTest Polako http://bga101.blogspot.com.au/2012/09/eurogenes-ashkenazim-ancestry-test-files.html (Файлы для DIYDodecad, данные по исходным популяциям, карты распространения компонентов).
Прямая ссылка на файлы для DYDodecad.
Калькулятор K36 Увы, Оракула для этого очень интересного калькулятора не предвидится.
Информация по более старым калькуляторам

Калькулятор Вадима Веренича World-22 https://docs.google.com/open?id=0B6n7iMc2P-yQMnN2OXVERlhjSXM
Оракул World-22 
Исходные популяции World-22
Карты распространения компонентов
Предыдущий калькулятор Вадима MDLP World для K= от 5 до 15 (в 13 перепутаны аллели)

«Оракул четырех предков»
«Оракул четырех предков» (программа ув. Alex AXe)
EthnoGraph ув. Alex AXe для построения PCA-плотов

Использование «Оракула четырех предков» (скопировано из профильной темы):
С 4 декабря Оракул четырех предков доступен в полном объеме на сайте gedmatch.com (для калькуляторов, у которых есть и обычный оракул — это все калькуляторы проектов MDLP, DODECAD, Harappa и калькуляторы JTest, EUTest проекта Eurogenes). Используйте кнопку Oracle-4 на странице вывода результатов нужного калькулятора. Расчет делается методом минимизации среднеквадратичного отклонения, результаты могут несколько отличаться от выложенных ранее в этой теме из-за различия в исходных данных популяций.

Уважаемый Alex AXe разработал программу, рассчитывающую возможных четырех предков по разным алгоритмам и с возможностью подстановки данных из разных калькуляторов.
Версия 0.97 (самая свежая на момент изменения этого сообщения): http://db.tt/634mFXL2
Комментарий автора:
Сделал нормальную реализацию метода постоянной дисперсии и нормальную нормировку расстояний в нем. Удалось немножко его оптимизировать.

Полностью пересмотрел модель шума и порогов.
Теперь не используется параметр «порог метода», вместо него в соответствующей строчке файла input.txt нужно поставить 1 для использования gaussian-метода и 0 для его отключения. Метод наименьших квадратов будет использован в обоих случаях.

Формат input.txt для версии 0.97:
1-я строка: имя (условное) человека, чьи данные анализируются.
2-я строка: имя файла с данными популяций
3-я строка: имя файла с результатами
4-я строка: число выдаваемых результатов приближений. Для режима 4-х предков будет выдано удвоенное число результатов.
5-я строка: минимальный порог компонентов. Значения меньше его будут отброшены. Для автоопределения порога нужно ввести минус единицу.
6-я строка: 1 для использования Gaussian или же 0 для использования только LSM
7-я и далее строки: значения компонентов

Кстати, долгожданный графический интерфейс готов. Сделал его отдельной программой. При запуске нужно выбрать используемый калькулятор (путем указания файла с данными популяций) и потом ввести значения для конкретного человека.
После нажатия на кнопку «Go!» будет сгенерирован input.txt и запустится внешняя программа расчетов.
Можно одновременно запускать несколько для разных данных одного калькулятора (так как input.txt читается только в момент начала расчетов). Естественно, выходные файлы указывать разными. Смотреть их все так же -блокнотом.

Версия 0,95: http://db.tt/q5pEFZCh

Комментарии автора (несколько отредактированы для удобства):

Просто редактируйте файл input.txt подставляя туда свои значения из результатов калькулятора (вместо прочерков для отсутствующих компонент вводите нули).

В начале файла input.txt указываются следующие параметры:
1. Имя (условное) тестируемого. Сделано для удобства идентификации данных, также это имя потом указывается в выходном файле.
2. Имя файла с данными популяций.
3. Имя файла с результатами. Сделано для удобства.
4. Число выдаваемых приближений.
5. Порог компонента. Значения компонентов, которые меньше его, принимаются равными нулю.
6. Порог метода. При вычислении расстояний между данными и приближением, расстояние между компонентами, меньшие этого порога, не учитываются.
7. Номер метода вычисления расстояний, который будет использован. Доступно 8 методов с номерами от 0 до 7, показавших наилучшие результаты. Ноль соответствует методу квадратов. Если указать в качестве номера метода отрицательное число, то будут последовательно использованы все методы.

Как и было обещано, теперь выдаются приближения не только для 4 предков, но и для меньшего их числа. В случае 3-х предков, считается, что первый — это один из родителей, а остальные двое — это бабушка и дедушка со стороны другого родителя.

Еще один калькулятор (устаревший) http://esquilax.stanford.edu/#painting

Немного о качестве преподавания генетики и молекулярной биологии заграницей.

Что-то я не пойму. То ли я забыл азы и буки арифметики, то ли математика в американских вузах основана на несколько другой, отличной от общепринятой во всем мире системы арифметических операций.

В ходе выполнения незамысловатых заданий лекции 1E первого модуля курса «Занимательной генетики» университета Британской Колумбии, неофитам учения попа Менделя был задан (в числе прочего) некий элементарный вопрос (см. цимесные подробности на заатаченном скриншоте).

Вопрос задачи, действительно, элементарен и вполне может быть представлен в виде задачки из легендарной православной числительницы Магницкого:

«Во единой хромосоме двадцатой 60*10 ^ 6 точек, а вкупе то 900 гѣнов. Нѣкто восхотѣлъ вѣдати колико протѣновых гѣнов ситце пicано в ДНК?»

По условиям задачи, средний размер каждого гена на 20 хромосоме составляет 20kp, сиречь 20 * 10 ^ 3 базовых пар.

Путем нехитрых вычислений получаем:

((20* 10 ^ 3)*900) /(60*10 ^ 6) = (с округлением) 0,3 или 30%.

К моему несказанному удивлению, этот ответ оказался неверным. Правильный ответ — 3%

«Then at first i was like *WTF*?» (c)