Haplogrupp

Haplogrupp on molekulaarses evolutsioonis sarnaste DNA variantide (haplotüüpide) kogum, mis omab ühist üksiku nukleotiidi polümorfismiga esivanemat. Polümorfism tähendab seda, et ühel inimesel on antud DNA regioonis üks nukleotiid, teisel inimesel aga teine nukleotiid. Kuna tegu on analoogiliste haplotüüpidega, saab nende põhjal ennustada haplogruppe. SNP-de analüüs kinnitab samuti haplogrupi. Haplogrupid defineeritakse tähestiku tähtede järgi, alagruppide nimed koosnevad täiendavatest numbrite ja tähtede kompinatsioonidest (näiteks R1b1). Y-kromosoomi ja mitokondriaalse DNA haplogrupid määratletakse erinevalt. Haplogrupid puudutavad mitme tuhande aasta vanuse päritoluga esivanemaid.

Haplogrupid on kujuteldavad puu maapealsete osadena, kus kõik ühest oksast hargnevad oksakesed kuuluvad ühte haplogruppi, samas ühest oksakesest hargnevad pungad kuuluvad hierarhiliselt alamhaplogruppi.

Inimgeneetikas uuritakse tavaliselt kas Y-kromosoomi haplogruppe või mitokondriaalse DNA (mtDNA) haplogruppe, kusjuures mõlemaid saab kasutada geneetiliste populatsioonide defineerimiseks. Y-DNA pärandatakse üksnes isaliini pidi (isalt pojale), samas kui mtDNA pärandub vaid emaliini pidi (emalt järglasele). Kuna kumbki ei rekombineeru, siis Y-DNA ja mtDNA muutuvad vaid järglaskondades toimunud mutatsioonidega, ilma et vanemate geneetiline materjal seguneks.

Haplogruppide moodustumine

██ Eellashaplogrupp

██ Haplogrupp A (Hg A)

██ Haplogrupp B (Hg B)

Kõik need molekulid on osa eellashaplogrupist, kuid mingil hetkel toimus eellasmolekulis mutatsioon A, mille tõttu tekkis uus haru: haplogrupp A. Veidi hiljem toimus veel üks mutatsioon inimeses, kes kuulus A haplogruppi. Tekkis subhaplogrupp B

Mitokondrid on väikesed organellid, mis paiknevad eukarüootse raku tsütoplasmas. Nende põhiline eesmärk on varustada rakku energiaga. Arvatakse, et mitokonder on sümbiootilise bakteri taandunud järglane. Üheks selle väite tõestuseks on mitokondri tsirkulaarne DNA, mida nimetatakse mitokondriaalseks DNA-ks ning mille struktuur sarnaneb pigem bakteri kui eukarüootse organismi omaga. Suurem osa inimese DNA-st asub kromosoomides ja rakutuumas, kuid mtDNA on erand.

Indiviid pärib tsütoplasma koos selles paiknevate organellidega üksnes emalt, kuna need tulenevad munarakust, sperm kannab kõigest kromosomaalset DNA-d, et säilitada liikumisvõime. Mutatsioonid mtDNA-s päranduvad otse emaliini pidi. Sellised mutatsioonid tekivad DNA kopeerimisvigadest. Kui DNA-d kopeeritakse, võib DNA järjestusse tulla üksik viga, seda viga kutsutakse üksiku nukleotiidi polümorfismiks. Inimese Y-kromosoom on meessugukromosoom. Seetõttu päranduvad Y-kromosoomid isalt pojale. Kuigi Y-kromosoomid asuvad rakutuumas, kombineeruvad X-kromosoomiga vaid nende otsad, enamus Y-kromosoomidest (95%) ei kombineeru. Mutatsioonid Y-kromosoomis päranduvad otse isasliini pidi. Järelikult on Y-kromosoomidel ja mtDNA-l spetsiifilised omadused.

Teised kromosoomid, autosoomid ja X-kromosoomid jagavad meioosi käigus oma geneetilist materjali (ristsiire). Järelikult tähendab see seda, et nende kromosoomide geneetiline materjal seguneb igas põlvkonnas ja mutatsioonid päranduvad vanemalt järglasele juhuslikult. Y-kromosoomi ja mtDNA erilise omaduse tõttu kogunevad mutatsioonid piki nende molekulide kindlat segmenti ja fikseeruvad DNA-sse. Peale selle on ka nende mutatsioonide ajalooline järjestus eeldatav. Näiteks kui Y-kromosoomide komplektis (pärit kümnelt mehelt) leidub mutatsioon A, aga ainult viiel nendest on mutatsioon B, siis tõenäoliselt ilmnes mutatsioon B pärast mutatsiooni A. Veelgi enam kõik kümme meest, kes kannavad kromosoomis mutatsiooni A, on selle mehe, kellel esimesena tekkis sama mutatsioon, otsesed järeltulijad. Ka esimene B mutatsiooni kandev mees oli sama mehe otsene järeltulija ning lisaks sellele ka B mutatsiooni kandvate meeste eellane. Sarnased mutatsioonide seeriad moodustavad molekulaarseid sugupuid. Veel enam, iga mutatsioon eristab spetsiifiliste Y-kromosoomide kogumikke ehk haplogruppe.

Kõik A mutatsiooni kandvad mehed moodustavad ühe haplogrupi, millesse kuuluvad ka kõik B mutatsiooniga mehed. Kuid B mutatsioon määratleb ka palju hilisema haplogrupi (subhaplogrupi), kuhu ei kuulu need mehed, kes kannavad ainult A mutatsiooni. Nii Y-kromosoomid kui ka mtDNA grupeeritakse sugupuudesse ja haplogruppidesse ning neid esitatakse tihti puudiagrammidena.

Haplogrupi populatsioonigeneetika

Tavaliselt arvatakse, et looduslik valik mõjutab kindla haplotüübi tänaseni säilinud mutatsiooni väga vähe. Populatsioonigeneetikas on põhiline haplotüüpide hulga määraja geneetiline triiv – juhuvaliku põhjustatud kõikumine, mille korral populatsiooni üks isend pärandab oma DNA järgmise generatsiooni kas emasele või isasele isendile.

Seetõttu jätkab kindel marker populatsioonis kõikumist senikaua, kuni ta jõuab saja protsendini või kaob populatsioonist täielikult. Suurtes populatsioonides, kus segunemine on efektiivne, jääb geneetilise triivi määr levinud alleelides madalaks. Väga väikeses ristuvas populatsioonis aga võivad proportsioonid muutuda palju kiiremini. Järelikult kindlate haplotüüpide ja haplotüübigruppide geograafilised ja asustustiheduse erinevused tunnetavad pidevalt pudelikaela ja rajaja efekti mõju, millele järgnevad populatsioonide lagunemised ja suurenemised.

Sugupuu, mida on võimalik tänapäeval tagantjärele koostada, ei kajasta vanemates populatsioonides kogu geneetilist variatsiooni, geneetilise triivi tõttu on paljud variandid välja surnud. Kogu Y-DNA ja mtDNA sekveneerimine on kulukas ja see limiteerib andmete kättesaadavust. Siiski on hinnad viimase aastakümne jooksul tunduvalt langenud. Haplotüüpide koalestsentsajad ja geograafiline ülekaal toovad kaasa ebakindlust vigade suhtes. Eriti tülikas on see koalestsentsaegade puhul, sest suurem osa populatsioonigeneetikast kasutab ikka veel " Zhivotovsky meetodit", mida kritiseeritakse valelikkuse pärast. Koalestsentsaeg on aeg, mis kulub vaadeldava haplogrupi kõikide haplotüüpide keskmise mutatsioonilise kauguse saavutamiseks viimasest ühisest eellasvariandist. Näiteks on võimalik hinnata asustuse võimalikku algusaega vanemate haplogruppide koalestsentsaegaede järgi. Ideaalis langevad need kokku haplogruppide asutajatüüpide saabumisega uude piirkonda.

Inimese Y-kromosoomi haplogrupid

Y-kromosoomi polümorfsed markerid mitterekombinantses piirkonnas ja pärandumine isaliini pidi teevad sellest molekulist tõhusa vahendi populatsioonigeneetika ja evolutsiooni uurimiseks.

Inimese Y-DNA haplogruppide nimetamisel kasutatakse tähti A-st T-ni, alajaotustele lisatakse numbreid ja väiketähti. Y-kromosoomi haplogruppide määratlust kontrollib teadlaste grupp, mida nimetatakse Y Chromosome Consortium.

Y-kromosoomi haplogrupid on kasulikud määramaks, kas kaks sama perekonnanimega indiviidi, kes näiliselt pole sugulased, tõesti pärinevad ühisest eellasest.

Elusatele inimestele lähimat ühist isaliini eellast nimetatakse Y-kromosomaalseks Aadamaks.

Suurimad Y-kromosoomi haplogrupid ja geograafilised leidumiskohad enne viimast Euroopa koloniseerimist

Grupid M168 mutatsioonita

• Haplogrupp A (M91) (Aafrika),
• Haplogrupp B (M60) (Aafrika),

Grupid mutatsiooniga M168

• Haplogrupp C (Okeaania, Põhja-Aasia, Kesk-Aasia ja Ida-Aasia, Põhja-Ameerika ning India),
• Haplogrupp F (Okeaania, Euroopa, Aasia, Põhja-Ameerika ja Lõuna-Ameerika),
• YAP+ haplogrupid,
  • Haplogrupp DE,
    • Haplogrupp D (Tiibet, Jaapan, Andamani saared),
    • Haplogrupp E,
      • Haplogrupp E1b1a (Lääne-Aafrika ja ümbritsevad regioonid),
      • Haplogrupp E1b1b (Ida-Aafrika, Põhja-Aafrika, Lähis-Ida, Vahemere regioon, Balkani maad),

Grupid mutatsiooniga M89

• Haplogrupp F (Lõuna-India, Sri Lanka, Hiina, Korea),
• Haplogrupp G (Euraasia etnilised grupid, Kaukaasia, Iraani platoo, Kreeka, Itaalia),
• Haplogrupp H (India, Sri Lanka, Nepal, vähestes kogustes Iraanis, Pakistanis ja Araabias),
• Haplogrupp IJK,

Grupid mutatsioonidega L15 ja L16

• Haplogrupp IJK,
  • Haplogrupp IJ,
    • Haplogrupp I (Euroopa, kohati Lähis-Idas),
      • Haplogrupp I1 (Põhja-Euroopa),
      • Haplogrupp I2 (Kesk-Euroopa ja Kagu-Euroopa, Sardiinia),
  • Haplogrupp J (Lähis-Ida, Türgi, Kaukaasia, Itaalia, Kreeka, Balkani maad, Põhja-Aafrika ja Kirde-Aafrika),
    • Haplogrupp J* (Sokotra, veidi Pakistanis, Omaanis, Kreekas, Türgis),
    • Haplogrupp J1 (semiidid Lähis-Idas, Etioopia, Põhja-Aafrika ja Dagestan),
    • Haplogrupp J2 (Lääne-Aasia, Kesk-Aasia, Lõuna-Aasia, Lõuna-Euroopa, Põhja-Aafrika),
  • Haplogrupp K,

Grupid mutatsiooniga M9

• Haplogrupp K,
  • Haplogrupp LT,
    • Haplogrupp L (Lõuna-Aasia, Kesk-Aasia, Edela-Aasia, Vahemere maad),
    • Haplogrupp T (Põhja-Aafrika, Lõuna-Aasia, Edela-Aasia, Vahemere maad),
  • Haplogrupp K (xLT),

Grupid mutatsiooniga M562

• Haplogrupp M (Uus-Guinea, Ida-Indoneesia),
• Haplogrupp NO,
  • Haplogrupp N (Põhja-Euraasia),
  • Haplogrupp O (Ida-Aasia, Kagu-Aasia, Lõuna-Aasia, Kesk-Aasia),
    • Haplogrupp O1,
    • Haplogrupp O2,
    • Haplogrupp O3,
• Haplogrupp P,
  • Haplogrupp Q (Aasia, Ameerikad),
    • Haplogrupp Q1a3a1,
  • Haplogrupp R,
    • Haplogrupp R1,
      • Haplogrupp R1a (Kesk-Aasia, Lõuna-Aasia, Kesk-Euroopa, Põhja-Euroopa ja Ida-Euroopa),
      • Haplogrupp R1b (Euroopa, Kaukaasia, Kesk-Aasia, Lõuna-Aasia, Põhja-Aasia, Kesk-Aafrika),
  • Haplogrupp R2,
• Haplogrupp S (Uus-Guinea, Ida-Indoneesia).

Inimese mitokondriaalse DNA haplogrupid

Inimeste migratsioon mitokondriaalse DNA põhjal

Mitokondriaalsel DNA-l on omadusi, mille tõttu on ta kasulik molekul eelduste tegemisel geneetilise struktuuri ja inimpopulatsioonide evolutsiooni kohta. Näiteks on mtDNA vabalt puhastatav, kuna teda esineb palju koopiaid.

Inimese mtDNA haplogrupid on järgmised: A, B, C, CZ, D, E, F, G, H, HV, I, J, pre-JT, JT, K, L0, L1, L2, L3, L4, L5, L6, M, N, P, Q, R, R0, S, T, U, V, W, X, Y. MtDNA kõige uuemat versiooni säilitab PhyloTree kodulehel Mannis van Oven. Elusatele inimestele lähimat ühist emaliini eellast nimetatakse mitokondriaalseks Eevaks.

Populatsioonide määratlus

Haplogruppe saab kasutada geneetiliste populatsioonide defineerimiseks ja nad on tihti geograafiliselt orienteeritud. Näiteks järgmised mtDNA haplogrupid:

• Aafrikas L0, L1, L2, L3, L4, L5, L6,
• Lääne-Euraasias H, T, U, V, X, K, I, J, W (Kõik Lääne-Euraasia haplogrupid tulenevad makrohaplogrupist N),
• Ida-Euraasias A, B, C, D, F, G, Y (C, D, G ja E kuuluvad makrohaplogruppi M),
• põlisameeriklaste seas A, B, C, D, X,
• Australaasias P, Q, S.

Mitokondriaalsed haplogrupid jagatakse kolme põhirühma, mida määravad kolm järjest olevat tähte L, M, N. Esmalt jagunes inimkond L haplogrupis L0-ks ja L1- L6-ks. L6-st tekkisid ülejäänud L grupid, millest L3 jagunes omakorda haplogruppideks M ja N. Haplogrupp M hõlmab esimest inimeste migratsioonilainet Aafrikast välja piki lõunarannikut ida poole. Järeltulevad populatsioonid, mis on M haplogrupis, paiknevad kõikjal Ida-Aafrikas, Põhja- ja Lõuna-Ameerikas ning Melaneesias. Euroopas neid peaaegu ei leidu. N haplogrupp võib esindada järgmist väljarännet, mis toimus pigem põhja kui ida poole. Suur haplogrupp R eraldub haplogrupist N kohe pärast migratsiooni.

Haplogrupil R on kaks subhaplogruppi, mis on põhinevad geograafilisel jaotusel, neid leidub Kagu-Aasias ja Okeaanias ning peaaegu kõikides modernsetes Euroopa populatsioonides. Haplogrouppi N (xR) ehk mtDNA-d, mis kuulub N haplogruppi, kuid mitte selle subhaplogruppi R, leidub tüüpiliselt Austraalias aborigeenide populatsioonides, olles ka vähesel määral olemas Euraasia ja Ameerika populatsioonides.

• Tüüp L hõlmab peaaegu kõiki aafriklasi.
• Tüüp M haplogrupp koosneb järgnevatest gruppidest:

M1 (Etioopia, Somaalia ja India populatsioonid: ilmselt tingitud suurest geenivoolust Aafrika sarve ja Araabia poolsaare (Saudi Araabia, Jeemen, Omaan) vahel),

CZ (mitmed siberlased, mõned koreaalased, mõned saamid, mõned põhjahiinlased ja populatsioonid Kesk-Aasiast),

D (mitmed siberlased ja mitmed Ida-Aasia populatsioonid),

E (Malai, Borneo, Filipiinid, Taiwani aborigeenid, Paapua Uus-Guinea),

G (kirdesiberlased, Ida-Aasia, Kesk-Aasia),

Q (Melaneesia, Polüneesia, Uus-Guinea).

• Tüüp N haplogruppi kuuluvad

A (Jaapan, Korea),

I (Põhja-Euroopa ja Ida-Euroopa),

S (mõned Austraalia aborigeenid),

W (mõned idaeurooplased, lõuna-aasialased, Ida-Aasia),

X (lõunasiberlased, edela-aasialased, lõunaeurooplased),

R on väga suur subhaplogrupp N haplogrupis. Selles subhaplogrupis olevad populatsioonid jaotatakse geograafiliselt Lääne-Euraasiasse ja Ida-Euraasiasse. Peaaegu kõik Euroopa ja suur osa Lähis-Ida tänapäevastest populatsioonidest asuvad R haplogrupis. Väiksem osa on paigutatud teistesse N-tüüpi haplogruppidesse.

R-alagrupid

B (mõned hiinlased, tiibetlased, mongolid, keskaasialased, koreaalased, lõunasiberlased, jaapanlased),

F (põhiliselt Kagu-Aasias, eriti Vietnamis, 8,3% Hvari saarel Horvaatias) ,

R0 (Araabia, Etioopia, Somaalia, Lääne-Aasia, Põhja- Aafrika),

Pre-JT tõusis esile Levandis (praeguse Liibanoni alad), (beduiinide populatsioonides on sagedus 25%, Ida-Euroopa, Vahemere maad),

U (Skandinaavia, Balti riigid, Vahemere maad).

Y-haplogruppide ja mtDNA haplogruppide kattumine

Y-kromosoomi haplogrupid ja mtDNA haplogrupid kattuvad teatud ulatuses, mis osutab sellele, et populatsioonides esineb Y-haplogrupi ja mt-haplogrupi spetsiifiline kombinatsioon. Kattumine on migratsioonis ja uute alade koloniseerimisel mõistetav. Samas ei teki Y-kromosoomi ja mtDNA mutatsioonid tingimata ühel ajal. Seksuaalse valiku diferentseerumismäär koos rajaja efekti ja geneetilise triiviga võib mõjutada populatsioonide haplogruppide koosseisu, seetõttu on haplogruppide kattuvused ligikaudsed.