В исторических и этнографических сведениях часто можно встретить аргументы в пользу патрилинейных связей между разными кланами коренных народов степной полосы Евразии. Идея международного проекта заключается в верификации этих сведений методами генетики. Генетические особенности Y-хромосомы (наследование по отцовской линии, гаплоидность, уклонение от кроссинговера) в сочетании с культурными особенностями формирования клановой структуры (патрилокальность и патрилинейность) широко используются в реконструкции генетической и демографической истории кланов. Последние годы такая возможность усилена секвенированием полных геномов и глубоким анализом Y-хромосом.

Проект является логическим продолжением диссертационной работы руководителя проекта посвященной генетике клановой структуры казахов, где стандартными методами исследования разнообразия Y-хромосомы (фрагментный анализ STR и генотипирование SNP) были обнаружены генетические связи для многих казахских кланов с популяциями монголов и калмыков. В проекте предлагается изучить эту связь посредством филогенетического анализа данных на основе новых методов — секвенированием полных геномов и глубоким анализом Y-хромосом. Проект будет выполняться в рамках международной коллаборации между Национальным центром биотехнологии (Казахстан), Медико-генетическим научным центром имени академика Н.П. Бочкова (Россия), Институтом Истории и Этнографии Монгольской Академии Наук (Монголия) и Сямэньским университетом (Китай). Бюджет проекта поддерживается финансированием всех сторон Соглашения.

Актуальность

Проект решает научную проблему реконструкции истории клановых и субэтнических групп народов степной полосы Евразии. В частности, о генезисе кланов казахов, монголов и калмыков. Полученные новые знания имеют значение как для естественных наук в области популяционной генетики человека, так и в медико-генетических исследованиях, судебно-медицинской экспертизе и для решения задач в социально-гуманитарных наук. Социально-экономический эффект проекта заключается в формировании парадигмы модернизации общественного сознания, первым условием которого, является изучение и сохранение своей истории и культуры.

Цель проекта

Изучить генетические связи между кланами казахов, монголов и калмыков посредством филогенетического анализа Y-хромосомы

Ожидаемые результаты

Полученные результаты значительно расширят, уточнят и систематизируют знания о генофонде степной полосы Евразии. Эти знания имеют значение в различных областях научной деятельности:

Для медико-генетических исследований имеет значения обнаружение тренда внутрипопуляционной изменчивости, поскольку зоны низкого разнообразия могут быть скоррелированы с уровнем патологии в популяциях. Данные о генотипах индивидуальных образцов могут служить эффективным инструментом при подборе образцов при формировании контрольных генетически идентичных выборок пациентов.

Для судебно-медицинской экспертизы будут важны полученные обширные данные об изменчивости Y-хромосомы, используемые в качестве референсных баз данных для расчета вероятности случайного совпадения при идентификации личности. Созданные базы данных смогут служить важным инструментом при установлении вероятного географического региона происхождения (по мужской линии) неизвестного лица по образцу его ДНК.

Для решения социально-гуманитарных научных задач результаты исследования являются ключом к пониманию этногенеза коренных народов Степной полосы Евразии, в частности казахов, монголов и калмыков. Проведение параллельного анализа клановой структуры и Y-хромосомы позволит дать генетические датировки событий этногенеза и миграционных потоков. Будут разобраны разнообразные исторические и этнографические сведения, генеалогические легенды клановой структуры казахов, монголов и калмыков.

Результаты проекта найдут широкое применение в учебно-педагогическом процессе при подготовке курсов лекций и семинаров для студентов биологических, медицинских, исторических специальностей.

Проект позволит повысить интеллектуальный потенциал человеческого капитала за счет повышения компетенций исследовательской группы Казахстана в таких современных областях науки как геномика и биоинформатика посредством налаживания серьезной международной коллаборации.

Руководитель проекта

Жабагин Максат Кизатович, PhD, Author ID в Scopus https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56590111900.

Члены исследовательской группы

Балановская Елена Владимировна, доктор биологических наук, профессор, Author ID в Scopus https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57205450032

Wei Lan Hai , Phd, Assistant Professor, Author ID в Scopus https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=50761502400

Battsengel Natsagdorj , Ph.D

Сабитов Жаксылык Муратович, PhD,  Author ID в Scopus https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55640115500

Тарлыков Павел Викторович, Ph.D, Author ID в Scopus  https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=35076539700

Дюсенова Жанаргуль Сырымовна

Тайжанова Әсия Нұрланқызы, MSc, Author ID в Scopus https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57204148163

Тажигулова Инкар Мешитбаевна, MSc, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57194497408

Публикации по теме проекта

1. Balanovska, E.V., Bogunov, Y.V., Kamenshikova, E.N., Balaganskaya, O.A., Agdzhoyan, A.T., Bogunova, A.A., Skhalyakho, R.A., Alborova, I.E., Zhabagin, M.K., Koshel, S.M., Daragan, D.M., Borisova, E.B., Galakhova, A.A., Maltceva, O.V., Mustafin, K.K., Yankovsky, N.K., Balanovsky, O.P. Demographic and Genetic Portraits of the Ulchi Population. Russian Journal of Genetics, 2018; 54: 1245. doi: 10.1134/S1022795418100046
2. Zhabagin M., Balanovska E., Sabitov Zh., Kuznetsova M., Agdzhoyan A., Balaganskaya O., Chukhryaeva M., Markina N., Romanov A., Skhalyakho R., Zaporozhchenko V., Saroyants L., Dalimova D., Davletchurin D., Turdikulova Sh., Yusupov U., Tazhigulova I., Akilzhanova A., Tyler-Smith C., Balanovsky O. The Connection of the Genetic, Cultural and Geographic Landscapes of Transoxiana. Scientific Reports, 2017; doi: 10.1038/s41598-017-03176-z
3. Balanovsky O., Gurianov V., Zaporozhchenko V., Balaganskaya O., Urasin V., Zhabagin M., Grugni V., Canada R., Al-Zahery N., Raveane A., Wei R.,YanS., Wang X., Zalloua P., Marafi A., Koshel S., Semino O., Tyler-Smith C., Balanovska E. Phylogeography of human Y-chromosome haplogroup Q3-L275 from an academic/citizen science collaboration. BMC Evolutionary Biology. 2017;17(1):18. doi: 10.1186/s12862-016-0870-2.
4. Balanovsky O., Chukhryaeva M., Zaporozhchenko V., Urasin V., Zhabagin M., Hovhannisyan A., Agdzhoyan A., Dibirova K., Kuznetsova M., Koshel S., Pocheshkhova E., Alborova I., Shalyakho R., Utevska O., The Genographic Consortium, Mustafin Kh., Yepiskopossyan L., Tyler-Smith C., Balanovska E. Genetic Differentiation between Upland and Lowland Populations Shapes the Y-Chromosomal Landscape of West Asia Populations. Human Genetics. 2017;136(4):437–450. doi:10.1007/s00439-017-1770-2
5. Balanovska E., Zhabagin M., Agdzhoyan A., Chukhryaeva M., Markina N., Balaganskaya O., Skhalyakho R., Yusupov Y., Utevska O., Bogunov Y., Asilguzhin R., Dolinina D., Kagazezheva Z., Damba L., Zaporozhchenko V., Romanov A., Dibirova H., Kuznetsova M., Lavryashina M., Pocheshhova E., Balanovsky O. Population biobanks: Organizational models and prospects of use in genogeography and personalized medicine. Russian Journal of Genetics. 2016;52:1227. doi: 10.1134/S1022795416120024
6. Wu Q, Cheng H, Sun N, Ma P, Sun J, Yao H, Xie Y, Li Y, Meng S, Zhabagin M, Cai Y, Lu D, Yan S & Wei L.H. Phylogenetic analysis of the Y-chromosome haplogroup C2b-F1067, a dominant paternal lineage in Eastern Eurasia. Journal of Human Genetics. 2020 doi: 10.1038/s10038-020-0775-1
7. Wen SQ., Sun C., Song DL., Huang YZ., Tong XZ., Meng HL., Yao HB., Du PX., Wei LH., Wang LX., Wang CC., Shi MS., Lan YM., Wang JC., Jin L., Zhabagin M., Xie XD, Li H. Y-chromosome evidence confirmed the Kerei-Abakh origin of Aksay Kazakhs. Journal of Human Genetics. 2020. doi: 10.1038/s10038-020-0759-1
8. Wei, L. H., Yan, S., Lu, Y., Wen, S. Q., Huang, Y. Z., Wang, L. X., Li, S. L., Yang, Y. J., Wang, X. F., Zhang, C., Xu, S. H., Yao, D. L., Jin, L., & Li, H. Whole-sequence analysis indicates that the Y chromosome C2*-Star Cluster traces back to ordinary Mongols, rather than Genghis Khan. Eur J Hum Genet. 2018 Feb;26(2):230-237. doi: 10.1038/s41431-017-0012-3.
9. Tarlykov PV, Zholdybayeva EV, Akilzhanova AR, Nurkina ZM, Sabitov ZM, Rakhypbekov TK, Ramanculov EM. Mitochondrial and Y-chromosomal profile of the Kazakh population from East Kazakhstan. Croat Med J. 2013;54(1):17-24. doi:10.3325/cmj.2013.54.17
10. Zhabagin M, Sarkytbayeva A, Tazhigulova I, Yerezhepov D, Li S, Akilzhanov R, Yeralinov A, Sabitov Z, Akilzhanova A. Development of the Kazakhstan Y-chromosome haplotype reference database: analysis of 27 Y-STR in Kazakh population. Int J Legal Med. 2019 Jul;133(4):1029-1032. doi: 10.1007/s00414-018-1859-8

Достигнутые результаты

2020 год

Определены фаундер гаплотипы Y-хромосомы казахов, монголов и калмыков в пределах гаплогруппы С2-М217.Проведен отбор кластер образующих гаплотипов в пределах часто встречающихся гаплогрупп (C2a1a1-F3918, C2a1a2-M48, C2a1a3-M504, C2b-F1067) Y-хромосомы в ДНК коллекции казахов (не менее 75 гаплотипов) для их дальнейшего полногеномного секвенирования.

2021 год

Проведен сбор коллекций 400 биологических образцов от представителей казахов Казахстана, таких как керей, конырат. табын. В качестве биологических образцов использовалась венозная кровь объемом 10 мл, которую забирали в вакуумные пробирки с наполнителем К2ЭДТА. Сбор биологических образцов проводился согласно правилам формирования популяционно-генетических биобанков. Образцы крови в данный момент хранятся в морозильнике лаборатории генетики человека Национального центра биотехнологии.

Выделено ДНК из коллекции биологических образцов населения Казахстана с количественными и качественными показателями.

Выделение проводили с помощью набора Wizard® Genomic DNA Purification Kit согласно протоколу производителя Promega.

Количественные показатели были измерены с помощью набор QuantiFluor® ONE dsDNA согласно протоколу производителя Promega на флюорометре Quantus. Количественные и качественные показатели были измерены на спектрофотометре nanodrop.

2022 год

Проведен сбор коллекции 100 биологических образцов от представителей казахов Монголии (кандастар).

Проведено ознакомление и анализ с анкетами базы данных коллекций биологических образцов зарубежного коллаборатора проекта Балановской Елены Владимировны «Биобанка Северной Евразии» с целью сбора из этого биобанка представителей малочисленных монголоязычных народностей Монголии.

Проводится работа по сбору коллекции не менее 500 биологических образцов от представителей малочисленных монголоязычных народностей. Проведен отбор кластер образующих гаплотипов в пределах часто встречающихся гаплогрупп Y-хромосомы в коллекции 1000 ДНК образцов.

Выборка характеризуется высоким разнообразием гаплогрупп (GD=0.85). Однако большая часть  изменчивости Y-хромосомы распределена между гаплогруппами с частотой > 5%: С2-M217; G1-M285; O2a2b1-M134; R1a1a-M198; R1b1a1a-P297; J2-M172; N-M231; Q-M242.Построено филогенетическое древо Y-хромосомы. Выполняется филогенетический анализ глубоких сиквенсов Y-хромосомы .С этой целью используются образцы секвенированные с использованием платформы Illumina HiSeq 2500 после захвата нерекомбинирующих мужских специфических частей Y-хромосомы с помощью таргетного протокола. Проведено картирование и определение вариантов Y-хромосомы. Файлы fastq секвенированных образцов были картированы с помощью программы BWA-MEM (v0.7.12). Дубликаты чтения были удалены с помощью алогоритма Picard (v2.0.1) (http://broadinstitute.github.io/picard/). Программа GATK (v3.5) используется для выполнения локальной перестройки вокруг известных делеций и для повторной калибровки базовой оценки качества. Вызов вариантов был выполнен с помощью инструментов GATK HaplotypeCaller и GenotypeGVCF, которым было предложено сообщить вариантные и невариантные вызовы по всей Y-хромосоме. Отдельные генотипы были отфильтрованы с помощью bcftools (v1.4) либо замаскированы. В итоге отфильтровано около 10 Мб пригодной для использования глубоких последовательностей Y-хромосомы в филогенетическом анализе.