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.

 

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

 

 

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).

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.

 

 

 

 

 

 

 

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).

Публикации и работа с палеогеномами

Как я уже отмечал в своих предыдущих записях, 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.  Вторая половина 2014 года особенно примечательна как количеством подобных публикаций, так и числом полных геномных NGS-сиквенсов древних людей, размещенных в публичных репозиториях (банках геномных данных). Так, в сентябре в Nature была опубликована окончательная версия работы Lazaridis et al. 2014  «Ancient human genomes suggest three ancestral populations for present-day Europeans». Работа получила широкое освещение в СМИ, поскольку аналитическая выборка сэмплов в этом исследовании включала значительное количествао заново генотипированных (на чипе Affymetrix HumanOrigin) образцов ДНК из древних палеолитических стоянок Сибири (Афонтова Гора, Малта), представителя древней индейской культуры Кловис и палеоэскимоса Cаккак. В работе был представлен  целый  ряд образцов древней ДНК представителей европейских мезолитических и неолитических культур, опубликованных в более ранних работах 2012-2014 годов: Skoglund et a. 2014 «Genomic Diversity and Admixture Differs for Stone-Age Scandinavian Foragers and Farmers»(шведские земледельцы и охотники собиратели эпохи неолита); Olalde et al. 2014 «Derived immune and ancestral pigmentation alleles in a 7,000-year-old Mesolithic European» (дДНК мезолитического населения Иберийского полуострова) и т.д.

В этой связи необходимо также отметить статью Carpenter et al. 2013 «Pulling out the 1%: whole-genome capture for the targeted enrichment of ancient DNA sequencing libraries», в которой целый авторский коллектив представил результаты исследований древних образцов ДНК найденных в захоронениях бронзового века II тыс. д.н.э (Болгария и Дания).  В следующей работе опубликованной в конце октября, Gamba et al. 2014. «Genome flux and stasis in a five millennium transect of European prehistory»,  читателям была представлена хронологическая перспектива на процесс изменения генофонда населения популяций живших на территории  Паннонской равнины на протяжении 5000 лет (с эпохи неолита до конца железного века), проиллюстрированная на примере изучения 13 образцов древней ДНК. Параллельно вместе с этим Wellcome Trust Sanger Institute разместил геномные «риды» геномов древних англосаксов и бриттов (сама статья еще находится в процессе пре-публикации, презентация статьи была представлена на последней конференции AJHG).

Более важные публикации появилась совсем недавно. В частности, таковой публикацией является статья Fu et al. 2014 «Genome sequence of a 45,000-year-old modern human from western Siberia» о  геноме так называемого «усть-ишимца» (возраст останков которого датируются 45 000 д.н.э) и статья Seguin-Orlando et al. 2014 «Genomic structure in Europeans dating back at least 36,200 years», посвященная обсуждению результатов анализа ДНК знаменитого «папусоида»  с палеолитической стоянки Костенки-14.Тело мужчины, жившего 37 тыс. лет назад и найденное в 1954 г. на юго-западе России, оказалось источником старейшей европейской ДНК. Анализ его генома, опубликованный на прошлой неделе, показывает, что большинство разнообразных европейских генетических комбинаций существуют более 30 тыс.лет и пережили последний ледниковый период. Генетики обнаружили что ДНК Костенки-14 является близкородственным по отношению к раннеевропейским охотникам-собирателям, современным европейцам и жителям Сибири.
В то же время другой древний геном, данные о котором были опубликованы несколько недель назад, принадлежащий сорокапятитысячелетнему западному сибиряку, известному как Усть-Ишим, имел родство как с европейцами, так и с азиатами.  Любопытно, что в этой статье подтверждается то о чем я говорил гораздо раньше: процент неандертальских генов у древних евразийцев был выше чем у современных (о чем я упоминал в одной из своих заметок в этом блоге).

Трудами известного геномного блоггера Феликса Чандракумара большинство из них было переведено в простой и доступный формат, аналогичный файлам raw data от FTDNA и 23andMe. В GEDMatch можно поиграть с этнокалькуляторами и даже попытаться сравнить свой геном с геномами древних людей.Для этого следует взять из таблицы (кот. видна, если пройти по ссылке) номера, которыми обозначены древние геномы.

Sample Name	Sample Location	GEDMatch	Sex	Y-DNA	Mt-DNA	Approx. Age by authors	My Analysis or Comments
Altai Neanderthal	Denisova Cave, Siberia	F999902	Female			50,000 years
Denisova	Denisova Cave, Siberia	F999903	Female			30,000 years
Palaeo-Eskimo	Qeqertarsuaq, Greenland	F999906	Male	Q1a	D2a1	4,000 years	Palaeo-Eskimo 2000 BC DNA
Clovis-Anzick-1	Montana, North America	F999919	Male	Q-Z780	D4h3a	12,500 years	Matches Living people.
Mal’ta	South-Central Siberia	F999914	Male	R	U	24,000 years	Matches Living people on X Chromosome.
La Braña-Arintero	León, Spain	F999915	Male	C-V183	U5b2c1	7,000 years	Analyzing La Braña-Arintero Ancient DNA
Motala-12	Östergötland, Sweden	F999917	Male	I-L460	U2e1	7,000 years	My Analysis of Motala-12 ancient DNA
LBK	Stuttgart, Germany	F999916	Female		T2c2	7,500 years	Matches Living people
Loschbour	Loschbour, Luxembourg	F999918	Male	I-L460	U5b1a	8,000 years	Matches Living people
Ajvide58	Sweden	F999924	Male	I-CTS772	U4d	5000 years	Ajvide58 DNA Analysis
Gökhem2	Sweden	F999934	Female		H1c	5000 years	Gökhem2 Ancient DNA Analysis
Hinxton-2	Cambridgshire, UK	F999921	Female		H2a2b1	1300 years	Hinxton-2 Analysis
Hinxton-3	Cambridgshire, UK	F999922	Female		K1a4a1a2b	1300 years	Hinxton-3 Analysis
Hinxton-4	Cambridgshire, UK	F999925	Male	R-DF25	H1ag1	2000 years	Hinxton-4 has X-Matches with living people
Hinxton-5	Cambridgshire, UK	F999926	Female		H2a2a1	1300 years	Hinxton5 Ancient DNA Analysis
KO1	Tiszaszőlős-Domaháza, Hungary	F999931	Male	I-L68	R3	5650-5780 cal BC	Analysis of Neolithic KO1 genome
NE1	Polgár-Ferenci-hát, Hungary	F999937	Female		U5b2c	5070-5310 cal BC	NE1 Ancient DNA Analysis
NE5	Kompolt-Kigyósér, Hungary	F999927	Male	C-F3393	J1c	4990-5210 cal BC	Ancient Hungarian Genome NE5 Analysis
NE6	Apc-Berekalja I., Hungary	F999932	Male	C-P255	K1a3a3	4950-5300 cal BC	Analysis of Hungarian genome-NE6
NE7	Apc-Berekalja I., Hungary	F999928	Male	I-L1228	N1a	4360-4490 cal BC	Ancient Hungarian genome — NE7
CO1	Apc-Berekalja I., Hungary	F999930	Female		H	2700-2900 cal BC	Analysis of Copper age genome CO1
BR2	Ludas-Varjú-dűlő, Hungary	F999933	Male	J-M67	K1a1a	1110-1270 cal  BC	Ancient BR2 matches living people
IR1	Ludas-Varjú-dűlő, Hungary	F999929	Male	N-M231	G2a1	830-980 cal BC	Ancient Hungarian genome — IR1
Tyrolean Iceman (ERP001144)	Tisenjoch Pass, Oetztal Alps		Male			5300 years	Pending
Ust’-Ishim	Ust’-Ishim, Siberia	F999935	Male	K-M526	R	45,000 years	Ust’-Ishim matches with living people!
Kostenki14	European Russia	F999936	Male	C-V199	U2b	38,700-36,200 years	Kostenki14 Ancient DNA Analysis

Sample Name	Sample Location	Sex	Y-DNA	Mt-DNA	Approx. Age by authors
Mezmaiskaya Neanderthal	Mezmaiskaya Cave	Female			29,000 years
Tianyuan	Tianyuan Cave, China			R	40,000 years
Afontova Gora-2	South-Central Siberia	Male	R1?	R	17,000 years
Motala-1	Östergötland, Sweden	Female		U5a1	7,000 years
Motala-9	Östergötland, Sweden	Female		U5a2 or U5a1f1a1	7,000 years
Motala-6	Östergötland, Sweden	Male		U5a2d	7,000 years
Motala-2	Östergötland, Sweden	Male	F-P139	U5e1	7,000 years
Motala-4	Östergötland, Sweden	Female		U5a2d	7,000 years
Motala-3	Östergötland, Sweden	Male	I-M258	U2e1	7,000 years
Hinxton-1	Cambridgshire, UK	Male	R-L151	K1a1b1b	2000 years
Ajvide53	Sweden	Female		U4d	5000 years
Ajvide59	Sweden	Male	I-PF3796	U5b2c1	5000 years
Gökhem7	Sweden	Female		H	5000 years
Ire8	Sweden	Male	I-CTS6343	U4d	5000 years
StoraFörvar11	Stora Karlsö, Sweden	Male	I-CTS4077	U5a1f1a	7500 years
Gökhem4	Sweden	Male	CF-M3690	H	5000 years
Gökhem5	Sweden	Female		K1e	5000 years
Ajvide52	Sweden	Male	HIJK-F929	HV0a	5000 years
Ajvide70	Sweden	Female		U4d	5000 years
NE4	Polgár-Ferenci-hát, Hungary	Female		J1c	5050-5290 cal BC
NE3	Garadna, Hungary	Female		X2b	5010-5210 cal BC
BR1	Kompolt-Kigyósér, Hungary	Female		K1c1	1980-2190 cal BC
KO2	Berettyóújfalu-Morotva-liget, Hungary	Female		K1	5570-5710 cal BC
NE2	Debrecen Tócópart Erdõalja, Hungary	Female		HV	5060-5290 cal BC
V2	Vratitsa, Bulgaria	Male		U2e1’2’3	1500-1100 BC
M4	Borum Eshøj, Denmark	Male		B2	1350 BC
K8	Krushare, Bulgaria	Male		R	450-400 BC
NA43	Laguna de los Condores, Peru	Male		B4b’d’e	1000-1500 AD
AusAboriginal	Western Austalian	Male	F-M235	O1a	100 years
NA41	Laguna de los Condores, Peru	Male		L3	1000-1500 AD
P192-1	Svilengrad, Bulgaria	Male		U3b	800-500 BC
T2G2	Stambolovo, Bulgaria	Male		H1c9a	850-700 BC
NA42	Laguna de los Condores, Peru	Male		D1	1000-1500 AD
NA50	Laguna de los Condores, Peru			B4b’d’e	1000-1500 AD
NA47	Laguna de los Condores, Peru			L3	1000-1500 AD
NA40	Laguna de los Condores, Peru			L3	1000-1500 AD
NA39	Laguna de los Condores, Peru	Male		B2	1000-1500 AD
Feld1 Neanderthal	Neander Valley, Germany				42,000 years
Sid1253 Neanderthal	El Sidron cave, Asturias, Spain				49,000 years
Vi33.16 Neanderthal	Vindija cave, Croatia	Female			38,310 years
Vi33.25 Neanderthal	Vindija cave, Croatia	Female
Vi33.26 Neanderthal	Vindija cave, Croatia	Female			44,450 years

В своем блоге Феликс размещает аналитические отчеты по каждому из проведенных анализов, отчеты включают графическое отображения «состава различных геномных компонентов происхождения» каждого из образцов в калькуляторах Gedmatch (включая мой последний калькулятор K23b), фенотипические признаки (предположительный цвет кожи и глаз), возраст на момент смерти и т.д.
Пытаясь ответить на вопрос,  насколько  правдоподобны (в смысле реального генеалогического родства) результаты совпадения сегментов древних и современных людей, Феликс приводит замечательные вычисления оценки правдоподобия совпадений в геномах современных людей и древних образцов. К сожалению, рассуждения замечательные, но вызывающие определенные вопросы, которые я озвучу в другой заметке.

Так или иначе, поставленная Феликсом на поток и практически полностью автоматизированная работа с древними геномами заслуживает безусловного признания, поскольку в силу разделения труда позволяет другими исследователям-любителям полностью сконцетрировать свое внимание на процессе непосредственного анализа полученных данных, вместо того чтобы тратить свои ресурсы на процесс извлечения снипов из «сырых» геномных данных. Благодаря этому разделению труда,  Давид Веселовский из проекта Eurogenes провел ряд замечательных экспериментов с этими данными (включая PCA, Treemix и вычисление генного дрейфа с помощью f3). В основном выводы этих экспериментов повторят то, что было написано в статьях профильных генетиков, за исключением одного интересного вывода на основании графа Treemix, в котором отображено направление процессов обмена генами между различными древними популяциями:

«В отношении Kostenki14, графики  Treemix  подтверждают один из основных выводов работы Seguin-Orlando et al. 2014, согласно которой  главны компонент образца  Kostenki-14  является базальным «предковым» компонентом более поздних европейцев (Basal_Eurasian). Тем не менее, два последних графика показывают, что этот базальный «компонент» не тот же самый «базальный» компонент в геноме неолитического образца из Штутгарта, связанного с базальным евразийским  компонентом, который был описан  в работе Lazaridis et al. 2013″.

Другой геномный блоггер, Сергей Козлов, использовал те же самые данные палеогеномов (взятые с сайта Ф. Чандракумара) для создания замечательных карт, иллюстрирующих количество и интенсивность общих IBD-сегментов палеогеномов и геномов современных популяций.

Я решил не оставаться в стороне и провел собственный анализ PCA и кластеризации популяций по значениям компонентов генетического разнообразия.

Ниже приведены иллюстрации к моему опыту кластеризации собственного генома с геномами древних жителей Евразии. В качестве входных данных алгоритма ward-кластеризации в программе R, я использовал собственные значения 4 векторов главных компонентов (PC) разнообразия. Эти векторы, в свою очередь, были получены путем вычислений в большом массиве (2024 образца) генетических данных (примерно 110 тысяч снип-полиморфизмов) представителей современных и древних популяций. Мой геном (обозначенный как Vadim) представляет собой набор, полученныq в ходе импутации по датасету Human Origin значения снипов информативных с точки зрения эволюционного происхождения, и используется в качестве контрольной группы.

Для начала график PCA, и положение палеогеномов на этом графике.

В аналитической выборке я задействовал снипы геномов высших и низших приматов (дендрограмма выборка укоренена на геноме мармозетки), древних гоминидов (денисовского человека и неандертальцев). Остальное — как я и упоминал выше — представляет собой совокупность снипов современных и древних популяций.

Благодаря характеру выборки и характеру используемых снипов, я могу взглянуть на свое происхождение с наиболее широкой перспективы, позволяющей проследить индивидуальный эволюционный путь от древнейших людей до наших современников.
Можно сказать, что я проделал самое далекое (из всех предыдущих) генеалогическое путешествие в собственное прошлое. Разумеется, без предыдущего выделения обработки образцов древнего ДНК новейшими биохимическими методами, а также публикации данных — это путешствие длинной в сотни тысяч лет не могло бы просто состоятся. Так что огромное спасибо всем биохимикам, генетикам и биоинформатиков работавшим с образцами древней ДНК.

Полученные мной кластерные дендрограммы вышли очень большого разрешения. В силу этого, имеет смысл изучить топологию, структуры и расположение популяционных групп-кластеров в полномасштабном варианте, иначе могут возникнуть интересные вопросы.

Поэтому — я подготовил соответствующие файлы PDF и разместил ссылки на эти файлы для удобного просмотра.

tree1

tree2

tree3

tree4

tree5

tree6

tree7

tree8

tree9

tree10

tree11

tree12

tree13

tree14

tree15

tree16

Здесь их опубликовать не представляется возможным, и по этой причине я ограничу себя размещением тех фрагментов трех вариантов кластерных диаграмм, на которых присутствуют древние образцы.
Забегая вперед, можно заметить, что образцы ДНК древних людей (т.е людей современного анатомического типа — homo sapiens sapiens), строго говоря, разбиваются на три органические суперкластера — древних сибириков (или евразийцев), древних европейских охотников-собирателей, и ранних неолитических европейских земледельцев. В основной своей части состав и топология популяционных кластеров стабилен в разных вариантах, наибольшие видоизменения заметны у тех образцов, чье множество снипов имеет меньшее пересечение с общим набором снипов. Отсюда довольно таки тривиальный вывод: чем меньше общее число снипов — тем больше флуктуаций наблюдается в расположении древних образцов внутри ветвей кластерной дендрограммы.

Кластер древних евразийцев наиболее стабилен (т.к. там всего два древних генома Afontova Gora 2 (AG2) и знаменитый мальчик с сибирской стоянки Malta (MA1); причем оба образца взяты из одного источника данных). Из современных популяций к этому кластеру наиболее органично примыкают различные группы населения центральной Азии — от таджиков до гуджаратов, и от калашей до пуштунов.

Кластер древних охотников-собирателей Европы наиболее неустойчив, и это объясняется прежде всего разным числом снипов в образцах, а также тем что сами образцы взяты из разных исследований. Тем не менее тенденция наглядна — древнейшие европейцы (охотники-собиратели мезолита) наиболее близки по своим аутосомным снипам к жителям современной западной и северной Европы — особенно Британских островов, Скандинавии и Балтийского региона. Практически во всех вариантах прибалтийцы близки к древним жителям Швеции (Готланда), а также мезолитическим образцам La Brana, Motala и Loshbour. Последние также близки к финнам, эстонцам и северным русским. Из более поздних и географически удаленных образцов к ним близки древние образцы из Венгрии неолитического периода, бронозового и железного веков (BR1, NE2 и KO1).

Интересно, что в этот же кластер входят как современные популяции западной Европы (британцы, норвежцы, французы и др.), так и современные жители центральной Европы — чехи хорваты и венгры. Является ли это наследием древних времен (гальштатской общности связываемой с древними кельтами) — трудно сказать. Не этим ли объясняется тот факт, что образцы древних англо-саксов и бриттов (обозначенные здесь как Hixton) иногда кластеризируются с (современными!) венграми, хорватами, иногда с современными англичанами из Кента и корнуэлльцами. При этом некоторые из образцов Hixton остаются близки (в смысле схожести генома) к скандинавам, оркнейцам, шотландцам, и даже литовцам.

Мой собственный «геном» (Vadim) также входит в эту группу, причем в разных вариантах он определенно близок одновременно и древним мезолитическим и эпинеолитическим шведам, а также более поздним образцам из Венгрии (киммерийского мальчика IR1, а также самый «балтийский» из всех древних венгерских обрацов — KO1). Интересно что IR1 («аутосомный геном» «киммерийского » мальчика Y-гаплогрупы N1a из захоронения паннонской культуры бронзового века Mezőcsát примерно 900 год до нашей эры) в первых четырех главных компонентах кластеризируется с моим собственным «аутосомным геномом»). Это наверное объясняет почему мой собственный геном дает хорошие комбинации (fit) к комбинации трапезундских турков и древних жителей Балтийского региона.

Как известно, попгенетики готовят к публикации большую статью, в которой подводятся итоги нескольких лет исследования генофонда представителей древних культуры шнуровой керамики* (известной также как культура боевых топоров) и ямной культуры** (другое название — древнеямная культурно-историческая общность). Безусловно, это исследование обещает пролить свет на некоторые темные места генетических связей жителей этих культур с современным населением Восточной Европы (особенно Польши, Украины, Беларуси и юго-западной части России).

Пока все детали исследования неизвестны, однако благодаря настойчивости некоторых энтузиастов генетической генеалогии (Веселовского и пр.) удалось выяснить, например, что генофонд древние образцы представителей Ямной культуры в рамках формальных тестов (f3 и D-статистик) наилучшим образом аппроксимируются как результат смешения древнего мезолитического населения севера Европы (в работе их представляют карельские образцы, очевидно из известных захоронений Палеострова) и населения, близкого к современным закавказским популяциям (лучший результат дали армяне из Еревана).

Признаюсь, эти сведения приободрили меня. Дело в том, что последние несколько недель я занимался изучением эволюции аутосомного генофонда беларусов (и своего тоже) из недавно опубликованного набора лаборатории Райха (это одна из усеченных версии их знаменитого кураторского набора Human Origin Dataset).
Как и раньше, для анализа я использовал инструменты разработанные программистами той же лаборатории (Admixtools), а также Alder — программу написанную на основе открытого кода Admixtools, и оптимизированную под более детальный анализ процесса смешивания различных предковых групп.

Так вот, до получения сведений о предварительных результатах попгенетиков, я был немного смущен полученной картиной. У меня получилось вот что. С точки зрения формальной оценки (f3-статистки, аналога более известной p-статистки) лучшие пары адмикса для беларусов (с отрицательным значением Z) представляли собой либо комбинацию мезолитического населения Европы (Loshbour) и современного населения современной Анатолии и ближнего Востока, либо комбинацию ‘генов’ неолитических жителей Европы (LBK380, а также современных сардинцев) и современных америндских популяций (происходящих, как нам известно, из восточной Сибири).
Вот начало списка значимых пар:

Mixe Sardinian Vadim -11.811
Sardinian Mixe Vadim -11.811
Karitiana Sardinian Vadim -11.757
Sardinian Karitiana Vadim -11.757
Zapotec Sardinian Vadim -11.638
Sardinian Zapotec Vadim -11.638
Loschbour Georgian_Megrels Vadim -11.599
Georgian_Megrels Loschbour Vadim -11.599
Piapoco Sardinian Vadim -11.482
Sardinian Piapoco Vadim -11.482
Loschbour Turkish_Trabzon  Vadim -11.434
Turkish_Trabzon Loschbour Vadim -11.434
Loschbour Assyrian_WGA Vadim -11.395
Assyrian_WGA Loschbour Vadim -11.395
LBK380 Piapoco Vadim -11.354
Piapoco LBK380 Vadim -11.354
Surui Sardinian Vadim -11.346
Sardinian Surui Vadim -11.346
Loschbour Abkhasian Vadim -11.293
Abkhasian Loschbour Vadim -11.293
Bolivian_LaPaz Sardinian Vadim -11.232
Sardinian Bolivian_LaPaz Vadim -11.232
Loschbour Iranian_Jew Vadim -11.231
Iranian_Jew Loschbour Vadim -11.231

Я выбрал около сотни значимых пар и проверил их достоверность «адмикса) с помощью инструментов D-статистки (qpDstat) в попарном сравнении каждой из значимых комбинаций (начало таблицы):

Vadim Italian_Tuscan : Loschbour Palestinian 0.0293 8.141 best
Vadim Iranian : LBK380 GujaratiC_GIH 0.0245 7.319 best
Vadim Motala12 : Druze Sardinian 0.0125 7.285 best
Vadim Loschbour : Palestinian Albanian 0.0146 7.17 best
Vadim Sardinian : GujaratiC_GIH Iranian 0.0121 7.151 best
Vadim Palestinian : Spanish_Pais_Vasco_IBS GujaratiC_GIH 0.0145 7.126 best
Vadim Egyptian_Comas : Basque_Spanish GujaratiC_GIH 0.0137 7.016 best
Vadim Sardinian : Loschbour Egyptian_Comas 0.0251 6.962 best
Vadim Sardinian : Loschbour Tunisian_Jew 0.0251 6.789 best
Vadim Palestinian : Basque_Spanish GujaratiC_GIH 0.013 6.758 best
Vadim Sardinian : Loschbour Palestinian 0.0237 6.69 best
Vadim Basque_Spanish : Balkar Palestinian 0.0076 6.601 best
Vadim GujaratiC_GIH : Tunisian_Jew Egyptian_Comas 0.0094 6.493 best
Vadim Spanish_Pais_Vasco_IBS : Balkar Palestinian 0.0079 6.458 best
Vadim Loschbour : Druze Italian_WestSicilian 0.0135 6.443 best
Vadim Loschbour : Iranian Albanian 0.0159 6.385 best
Vadim Palestinian : Sardinian Iranian 0.0083 6.344 best

Как видно, лучшая достоверность (обмена генами) у тех пар которые представляют собой комбинацию мезолитических популяций (Loshbour и Motala), популяций Кавказа, южной Европы и центральной Азии.

Это особенно хорошо заметно в тесте f4ratio. Вот например сравнение 2 квадропул, три популяции в каждой из которых идентичны (беларусы, кумыки и Losbour), а четвертая популяция отличается (балкарцы vs. Motala). Результат означает что кроме мезолитического компонента Loshbour (из западной Европы), у беларусов наблюдается эксцесс (28+-0.1%) дополнительного источника мезолитических «генов» (типично для балтийских популяций мезолита вроде Motala)

Vadim Kumyk Loschbour Motala12 : Vadim Kumyk Loschbour Balkar 0.285678 0.096194 2.97

Крайне любопытны и результаты проведенного мной в Alder исследования источников «древного» адмикса у беларусов.
Я выбрал только те пары, в которых амплитуда угасания LD в двух гипотетических популяциях-донорах была сопоставима с амплитудой угасания LD в популяции-реципиенте (т.е у беларусов). Интересно, что только две пары (пенджабцы + Motala) и (иракские евреи + чукчи) дали консистентную попарную подгонку кривой угасания LD с незначительным разбросом амплитуды (15-25%). К слову, комбинация Armenian+Motala-merge (примерно идентичная наиболее устойчивой модели адмикса у жителей ямной культуры) тоже присутствует в списке «успешных» комбинаций, однако кривые угасания LD имеют разную скорость угасания (их амплитуда отличается уже на 55% и поэтому они не консистентны, т.е несовместимы) в попарном режиме сравнения

DATA: success_consistent 0.0042 Belarusian Punjabi_Lahore_PJL Motala_merge 4.49 2.76 2.78 15%
DATA: success_consistent 0.0098 Belarusian Iraqi_Jew Chukchi 4.31 2.2 3.01 25%
DATA: success 0.0065 Belarusian Mongola Motala_merge 4.4 2.64 2.78 28%
DATA: success 0.011 Belarusian Yi Papuan 4.29 2.26 4.66 28%
DATA: success 0.00037 Belarusian Lebanese Papuan 4.98 2.69 4.66 38%
DATA: success 0.041 Belarusian Kusunda Motala_merge 3.98 2.61 2.78 41%
DATA: success 0.013 Belarusian Hezhen Motala_merge 4.25 2.17 2.78 49%
DATA: success 0.037 Belarusian Motala_merge Tu 4.01 2.78 3.13 51%
DATA: success 4.20E-06 Belarusian Kalmyk Motala_merge 5.79 2.36 2.78 54%
DATA: success 0.0086 Belarusian She Motala_merge 4.34 2.58 2.78 54%
DATA: success 0.0019 Belarusian Armenian Motala_merge 4.66 2.14 2.78 55%
DATA: success 0.048 Belarusian Daur Motala_merge 3.94 2.11 2.78 56%
DATA: success 0.0042 Belarusian Motala_merge Miao 4.49 2.78 3.5 59%
DATA: success 0.041 Belarusian Oroqen Motala_merge 3.98 2.28 2.78 59%
DATA: success 0.013 Belarusian Thai Motala_merge 4.25 2.13 2.78 65%
DATA: success 0.043 Belarusian Motala_merge Lahu 3.97 2.78 3.56 71%
DATA: success 0.0049 Belarusian Motala_merge Japanese 4.46 2.78 3.53 72%

Примечательно что для пары Belarusian Armenian Motala_merge  Admixtools датирует смешение 114.67+/-20.5 поколений тому назад. А вот датировка адмикса для двух первых пар (последняя колонка это датировка адмикса
Belarusian Punjabi_Lahore_PJL Motala_merge 4.49 2.76 2.78 15% 142.4+/-27.54
Belarusian Iraqi_Jew Chukchi 4.31 2.2 3.01 25% 43.28+/-9.45 То есь самое позднее 3500 лет до нашего времени.Итак, выводы: в эволюционной перспективе, костяк аутосомного генофонда беларусов составляет субстрат мезолитического генетического компонента Европы, к которому примешиваются два потока — один с юга, с наиболее значимым вливанием во времена неолита (земледельцы из Анатолии и ближнего Востока), другой — видимо более поздний (т.к. он отсутствует у ямников) из Сибири.

---

*Культура боевых топоров, культура шнуровой керамики (нем. Schnurkeramik) — археологическая культура медного и бронзового веков, распространенная на обширных территориях Центральной и Восточной Европы и датированная 3200 г. до н. э./2300 до н. э. — 2300 г. до н. э./1800 г. до н. э. Племена культуры боевых топоров часто считают первыми индоевропейцами на территории Средней Европы
**Я́мная культу́ра (точнее — Древнея́мная культу́рно-истори́ческая о́бщность) — археологическая культура эпохи позднего медного века — раннего бронзового века (3600—2300 до н. э.). Занимала территорию от Южного Приуралья на востоке до Днестра на западе, от Предкавказья на юге до Среднего Поволжья на севере.В рамках ранней версии курганной гипотезы Марии Гимбутас ямная культура связывалась с поздними протоиндоевропейцами.

 

Кластер древних жителей по своей устойчивости занимает промежуточное место между кластерами древних северных евразийцев и западных европейских охотников-собирателей.
В этот кластер, иерархически близкий популяциям Кавказа и ближнего Востока, предсказуемо входят предстаители самых классических популяции южной Европы — от греков и болгар, до басков и сардинцев. Как уже стало обычным, сардинцы кластеризуются с образцом тирольского человека Этци и женщины из линейноленточной культуры («LBK380»). В большинстве вариантов (2 из трех опубликованных) к этой подгруппе примыкают представители древнейших неолитических культур на территории современной Венгрии — CO1, H4, H3, NE5, NE7). Жители бронзового века (на графике они ошибочно обозначены как Europe оказались посередине между раннеевропейскими охотникам-собирателями и земледельцами.

Добавление к выборке древних геномов «усть-ишимца» и «костенковца» позволило пролить свет на некоторые особенности эволюции популяций центральной и восточной части Евразии. В кластерном анализе (вардовская кластеризация) по 4 первым компонентам PCA усть-ишимец у меня получился в одном кластере с киргизами и кажется селькупами. По первым двум компонентам в том варианте рейховского набора популяций, где нет андаманцев Onge — он попадает в один кластер с австралийскими аборигенами.
Думаю, что onge все же ближе, да к тому же во всех калькуляторах у усть-ишимца максимум «генома» приходится на сочетание южно-индийских и юго-восточноазиатских компонентов.  А вот «костенковец» оказывается ближе всего к чувашам и саамам. Что характерно — в предыдущих вариантах, в которых я не использовал костенковца, место костенковца часто занимал AG-2 (Afontova Gora).  Также заметна разница между кластерными схемами PC1-2 и PC-1-2-3-4.В первом случае костенковец в одном кластере с индусами, а во-втором с с чувашами и саамами. Характерно, что восточноевразийские палеогеномы Тяньюань и Усть-Ишим входят в один кластер (их положение не сильно меняется), а MA1 нет.

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:

 

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.

 

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.

Этногеномика беларусов — часть II

Анализ структуры аутосомного генофонда популяции беларусов: методы, технические параметры и предварительные замечания.

 

В целях сопоставимости выводов данных анализа с приведенными выше выводами профессиональных популяционных генетиков, мы использовали в своем исследовании референтную выборку беларусовиз ДНК-банка Института Генетики Беларуси в том же объеме, в котором она была задействована в исследовании группы ученных под руководством Бехара (модифицированная выборка Генбанка с кодом доступа:GSE21478)[1]. Наряду с референтной группой беларусов (обозначена как Belarusian), мы использовали данные лиц беларуского происхождения из нашего собственного проекта этно-популяционного анализа лиц, предки которых проживали на территории Беларуси минимум 100-150 лет(обозначено как Belarusian_V).

Для проведения сравнительного анализа генофонда популяций нам понадобился референтный набор популяций. Референтный набор популяций в этом калькуляторе был собран в программе PLINK  методом “intersection&thinning” ( дословно “пересечением и истончением”) образцов из различных источников данных:HapMap 3(отфильтрованный набор данных КЕС, YRI, JPT, CHB),1000genomes, Rasmussen et al. (2010), HGDP (кураторская база данных Стэнфордского университета), Metspalu et al. (2011), Yunusbayev et al (2011),Chaubey et al. (2010)и т.д. Кроме того, мыотобралипроизвольным образом по 10 сэмплов (или максимальное количество доступных сэмплов в тех случаях, когда общее число сэмплов в популяции было меньше 10) от каждой европейской страны, представленной в панеле базе данныхPOPRES.Наконец, для того чтобы оценить степень корреляции между современным и древним генетическим разнообразием населения Европы, мытакже включилив выборку образцы древней ДНКЭци(Keller et al. (2012)) , образцы жителей шведского неолита Gök4, Ajv52, Ajv70, Ire8, STE7 (Skoglund et al. (2012))и 2 образца La Braña – останков мезолитических жителей Пиренейского полуострова (Sánchez-Quinto et al.(2012)).

Затем мыдобавили90 образцов – анонимизированных данных — участников моего проекта. После слияния вышеупомянутых наборов данных и истончения набора SNP с помощью особой команды PLINK, мыисключилиSNP-ы с менеечем 0.5% минорных аллелей. Послечего мыотфильтровал дубликаты, лиц с высоким уровнем общих по происхождению идентичных сегментов (IBD). В качестве критерия фильтрации были использованы расчеты IBD в Plink, где IBD представлена как средняя доля аллелей общих между двумя людьми по всем анализируемым локусам. Затем мыудалилииз выборки лиц с высоким коэффициентом предпологаемого родства, коэффициенты родства были вычислены в программном обеспеченииKing).

Для получения более стабильных результатов, мытакже отфильтровалисэмплы с более чем 3 стандартными отклонениями от средних данных по популяции. Поскольку коэффициент родства может быть надежно определен с помощью оценки HWE (ожидания, вытекающего из законаХарди-Вайнберга) между SNP-ами с той же базовой частотой аллелей, то SNP-ы с существенным отклонением (p < 5.5 x10⁻⁸) от ожидания Харди-Вайнберга были удалены из объединенного набора данных. После этого мывыделилите SNP-ы, которые присутствовали в чипах Illumina / Affymetrix, и затем произвелифильтрацию снипов на основе расчетов степени неравновесного сцепления (в этом эксперименте мыиспользовалтхромосомное ‘окно’ размером в 50 базовых пар, с шагом 5 базовых пар и пороговым значением уровня сцепления R ^ 2, равным 0,3).

По окончанию этой сложной последовательности операций, мыполучил окончательноый набора данных, который включал в себя 80 751 снипов, 2516 человек и 225 референсных популяций.

 

[1] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE21478

О генетике древних жителей Сибири и многом другом

Несмотря на данное самому себе обещание регулярно обновлять этот блог, по независящим от меня причинам мне пришлось на время отойти в сторону и заняться другими более приоритетными делами на работе и в университете (где, как я надеюсь, мне предстоит защищать докторскую). К несчастью, время вынужденного бездействия пришлось на тот период, когда были опубликованы ряд интересных научных работ как в области популяционной генетики (ряд исследований по Y-хросомомным и митохондриальным группам, а также аутосомам значительного числа народностей), биоинформатики (метод фильтрации ложнопозитивных IBD (идентичных по происхождению) сегментов генома) и других областях. C другой стороны, наблюдается расширение технологических методов и способов генотипирования, предлагаемых коммерческими фирмами конечным пользователям, которых интересуют генетические аспекты своего происхождения и медицинские риски. Все это заслуживает самого пристального внимания, удилить которого у меня сейчас никак не получается.
В силу ограниченности времени и ресурсов, я решил сфокусировать свое внимание на новости касающейся лично меня, вернее, результатов моих исследований. Речь идет о публикации одного из новых геномных блоггеров (кодовое имя — genetiker) под названием K = 26 admixture analysis of Amerindians and Mestizos. В своей  пространной статье и спорных выводах автор приводит целую серию аргументов (от генетики до антропологии) в пользу одной из альтернативных версий, предпологающих европейское происхождение части америндов. Впрочем, важным мне представляется не аргументирование одной из возможных теорий происхождения индейцев и Y-гаплогруппы Q, а упоминание в этом контексте результатов моих исследований в проекте MDLP. Но перед тем как привести здесь цитату из статьи, следует вспомнить и о другом курьезном случае, связанном с обсуждением результатов исследования ДНК останков мальчика из доисторической стоянки палеолита в Мальте (Иркутская область) в блоге Германа Дзибеля. Г-н Дзибель в явной попытке показать свою вхожесть в круги наиболее посвященных популяционных генетиков, сообщил по секрету, что 1) Y-хромосома мальчика принадлежит к гаплогруппе R, а его митохондриальная группа — U; 2) аллельные компоненты генома мальчика условна разделяются на три составные части — западноевразийский, америндский и юго-центрально-азиатский. Как я отмечал ранее, в своем анонсе бета-версии своего этно-популяционного калькулятора MDLP World K27, расклад компонентов в генома древнего населения стоянки Мальта можно представить в виде следующих комбинаций современного населения:

[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

«The MDLP World-22 analysis produced a Cro-Magnon Nordic component (“North-European-Mesolithic”) and an Aryan Nordic component (“North-East-European”). The only people today in which the Cro-Magnon component is modal are Lapps. They have 76.4% of the Cro-Magnon component and 15.5% of the Aryan component.

One of the distinctive characteristics of Cro-Magnon cranial morphology is the short face, as can be seen in the drawing of a Cro-Magnon skull below.The same distinctive short face can be seen in these photographs of Lapps .»

Перевод » В  произведенном в проекте MDLP анализе World-22 был выявлен характерный для кроманьонцев северный компонент (« компонент северо-европейского мезолита ») и арийскйй северный компонент (« северо-восточно-европейский компонент »). Единственная группа людей, которые сегодня наиболее близки к чистым кроманьонцам это саами-лопари. Они имеют 76,4% кроманьонского компонента и 15,5% арийского компонента.

Одной из отличительных характеристик  черепной морфологии  является короткое лицо, как это можно видеть в традиционных изображениях кроманьонских черепов. Tот же самый отличительный признак — короткие лицо — можно часто увидеть и на фотографиях лопарей ».

О «балтийских» корнях генофонда популяций эрзя и мокша

Анализ генома доисторических «шведов» (принадлежавших к готландской культуре ямочной керамики (Pitted Ware culture (около 3200 — 2300 гг. до н. э.)) показал, что они оказались в окружении плотного кольца из балтийских популяций. В эту группу вошли литовцы, белорусы, поляки, шведы, украинцы, русские (из Северной и Центральной России), мокша и эрзя. Это говорит о том, что у мокшан и эрзян сохранился генофонд старой Северной Европы.

 

 

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