#유전자 #고대DNA #미토콘드리아 #하플로그룹
Yao, Yong-Gang, et al. “Reconstructing the evolutionary history of China: a caveat about inferences drawn from ancient DNA.” Molecular biology and evolution 20.2 (2003): 214-219.
Reconstructing the Evolutionary History of China: A Caveat About Inferences Drawn from Ancient DNA
고대 중국인의 조상은 유럽인이었을까? – DNA 분석의 함정과 진실
Yong-Gang Yao,*+ Qing-Peng Kong, *+ Xiao-Yong Man,++ Hans-Jürgen Bandelt,§ and Ya-Ping Zhang*||
요영강(姚永剛)*+, 공경붕(孔慶鵬)*+, 만효용(滿曉勇)++, 한스-위르겐 반델트(Hans-Jürgen Bandelt)§, 그리고 장아평(張亞平)*||
*Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Kunming, Yunnan, China; +Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing, China; ++Taishan Medical College, Taian, Shandong, China; §Fachbereich Mathematik, Universität Hamburg, Hamburg, Germany; and ||Yunnan University, Kunming, China
*중국 과학원 곤명(昆明) 동물 연구소, 중국 운남성(雲南省) 곤명(昆明); +중국 과학원 대학원, 중국 북경(北京); ++태산(泰山) 의과대학, 중국 산동성(山東省) 태안(泰安); §함부르크(Hamburg) 대학교 수학과, 독일(獨逸) 함부르크(Hamburg); 그리고 ||운남(雲南) 대학교, 중국 곤명(昆明)
[리뷰] 중화 쇼비니즘 경사도 평가: 5/10
19. Yao, Y.-G., Kong, Q.-P., Bandelt, H.-J. et al. (2003) ‘A caveat about inferences drawn from ancient DNA of humans: reanalysis of the evidence for an early European lineage in a Neolithic sample from China’, Molecular Biology and Evolution, 20(2), pp. 214–221. doi:10.1093/molbev/msg028.
(1) 연구 개요 및 저자의 주장
이 연구는 2000년대 초반, 산동 린쯔(Linzi) 지역의 고대인 mtDNA 분석 결과 ‘유럽 계통’과의 연관성이 제기된 초기 연구에 대해 재분석을 수행했다. 저자들은 당시의 기술적 한계(오염 가능성, 부적절한 데이터 분석 방법)를 지적하며, 해당 고대인 집단이 유럽이 아닌 현대 남방 중국인과 더 유사한 특징을 보인다고 결론 내렸다. 이는 고대 DNA 데이터로부터 성급한 역사적 추론을 하는 것에 대한 중요한 방법론적 경고를 제시했다.
(2) 편향성 분석 (중화 쇼비니즘 경사도: 1/10)
이 연구는 특정 역사관을 주장하기보다는, 과학적 방법론의 엄밀함을 강조했다는 점에서 편향성이 매우 낮다.
- 서사 프레이밍 (낮은 편향성): 연구 자체가 특정 역사 서사를 만들기보다, 기존 서사의 과학적 근거가 얼마나 취약한지를 비판하는 탈중심적, 방법론적 접근을 취한다.
- b, c, d: 연구의 초점이 방법론적 비판에 맞춰져 있어 다른 기준들은 직접적으로 적용되지 않으나, 그 비판의 핵심(섣부른 결론에 대한 경고)은 ‘화살’ 모델과 같은 단순화된 서사를 경계해야 한다는 본 보고서의 주장과 일치한다.
(3) 결론 재구성
재구성할 필요가 없다. 이 논문은 그 자체로 과학적 회의주의와 방법론적 엄밀성의 중요성을 보여주는 사례다. 이 연구의 교훈은, 타기도와 같은 반례나 복잡한 환경 변수를 무시하고 성급하게 결론을 내리는 현대의 ‘화살’ 모델 연구들의 위험성을 경고하는 데에도 동일하게 적용될 수 있다.
[논문요약]
고대 중국인의 유전자는 유럽인이 아니라 남방 중국인이었다
이 논문은 “2,500년 전 중국 산동(山東) 지역 사람들은 현대 유럽인과 유전적으로 더 가까웠다”고 주장한 과거의 연구가 잘못되었음을 지적하는 연구다. 과거 연구는 너무 짧은 DNA 조각을 분석하는 등 분석 방법에 문제가 있어 잘못된 결론을 내렸다. 이 논문의 저자들은 더 정확한 방법으로 고대인의 DNA를 재분석했다. 그 결과, 당시 산동(山東) 사람들은 유럽인이 아니라 현대의 남방 중국인과 더 가까운 유전적 특징을 가졌다는 사실을 밝혀냈다. 즉, 과거에 산동(山東) 지역에는 남쪽에서 올라온 사람들이 많이 살았고, 이후 북쪽 사람들과 섞이면서 오늘날과 같은 유전적 구성을 갖게 되었다는 새로운 역사적 시나리오를 제시한다.
1. 서론: “고대 중국인은 유럽인이었다?”는 주장에 대한 의문
과거에 왕(Wang)이라는 학자가 이끈 연구팀이 2000년에 충격적인 연구 결과를 발표했다. 중국 산동성(山東省) 임치(臨淄) 지역에서 발견된 2,500년 전 사람들의 DNA를 분석했더니, 현대 아시아인이 아니라 현대 유럽인과 더 가깝다는 결론이 나온 것이다. 이 주장이 사실이라면, 과거 산동(山東) 지역에는 유럽계에 가까운 사람들이 살다가 어느 시점에 오늘날의 중국인과 같은 아시아계 사람들로 완전히 교체되었다는 뜻이 된다.
하지만 이 논문의 저자들은 이 결론에 의문을 품었다. 과거 연구가 다음과 같은 심각한 문제점을 안고 있었기 때문이다.
- 문제점: 너무 짧게 잘라낸 DNA 정보
과거 연구는 ‘미토콘드리아 DNA(mtDNA)’라는 것을 분석했다. 이 DNA는 어머니에게서 자녀에게만 전달되므로, 모계 혈통을 추적하는 데 아주 유용하다. 그런데 과거 연구팀은 이 mtDNA의 정보 전체를 본 것이 아니라, 아주 짧은 특정 부분(HVS-I)만 잘라서 분석했다. 사람 얼굴 전체를 보고 누구인지 판단해야 하는데, 귀 모양만 보고 사람을 판단하려는 것과 비슷하다. 특히 아시아인에게 나타나는 DNA 특징 중 일부가 잘려나가면서, 남은 부분이 우연히 유럽인들의 평균 DNA(CRS라고 부른다)와 비슷하게 보였던 것이다.
2. 연구 방법: 더 넓은 정보로 정확하게 재분석
이 논문의 저자들은 과거 연구의 실수를 바로잡기 위해 더 정확한 방법으로 DNA를 다시 들여다보았다.
- 현대인 DNA와 비교 기준 마련: 우선 오늘날 산동(山東) 사람들의 유전적 특징을 더 정확히 파악하기 위해, 태안(泰安) 지역에 사는 현대 한족(漢族) 76명의 mtDNA를 새로 분석했다.
- 고대인 DNA 재분석: 2,500년 전과 2,000년 전 임치(臨淄) 사람들의 DNA 데이터를 가져와, 짧은 조각이 아닌 더 넓은 정보를 바탕으로 ‘하플로그룹(Haplogroup)’을 다시 분류했다.
※ 용어 해설: 하플로그룹(Haplogroup)이란?
하플로그룹은 공통의 모계 조상을 가진 사람들의 큰 집단, 즉 ‘유전자 가족’이라고 생각하면 쉽다. 전 세계 사람들은 혈액형처럼 몇 개의 큰 유전자 가족(A, B, F, M, D 등)으로 나눌 수 있다. 아시아인에게는 주로 B, D, F 등이 나타나고 유럽인에게는 다른 종류가 나타난다. 따라서 이 하플로그룹을 분석하면 짧은 DNA 조각을 보는 것보다 훨씬 정확하게 혈통과 계통을 파악할 수 있다.
3. 결과: 고대 산동인은 아시아인이 맞았다
재분석 결과는 과거 연구와 완전히 달랐다.
- 〈표 1〉로 본 고대인의 유전자 가족
논문의 표 1은 고대인들의 DNA를 분석해 어떤 하플로그룹에 속하는지 보여준다. 분석 결과, 고대인들에게서 발견된 하플로그룹은 모두 전형적인 ‘아시아 특이적’인 것들이었다. 예를 들어, 2,500년 전 사람들에게서는 하플로그룹 B가 34명 중 15명으로 가장 많았고, 2,000년 전 사람들에게서는 하플로그룹 F가 24명 중 9명으로 많이 나타났다. 이 두 하플로그룹(B, F)은 현대 유럽인에게는 거의 나타나지 않으며, 오히려 현대 남부 중국인들에게서 높은 비율로 발견되는 종류다.
- 〈그림 1〉로 본 유전적 거리
논문의 그림 1은 여러 인구 집단이 유전적으로 얼마나 가깝고 먼지를 보여주는 지도다. 각 점이 인구 집단을 의미하며, 점 사이의 거리가 가까울수록 유전적으로 비슷한 것이다.
-
- 지도를 보면 대부분의 현대 중국인 집단(QD, ZB, XA 등)은 오른쪽 중간에 옹기종기 모여있다 .
- 반면 2,500년 전과 2,000년 전 고대인(각각 왼쪽 위와 오른쪽 아래에 위치)들은 이들과 조금 떨어져 있다.
- 중요한 점은 이 고대인들이 현대 북부 중국인보다 현대 남부 중국인(YN, GD-GZ, HK 등)에 더 가깝게 그려진다는 것이다. 이는 고대 산동(山東) 사람들이 유전적으로 남방계에 더 가까웠음을 시각적으로 증명한다. 만약 이들이 유럽인과 가까웠다면 지도에서 완전히 동떨어진 곳에 위치해야 했다.
4. 결론: 잘못된 분석이 낳은 가짜 역사
이상의 결과를 종합하면 결론은 명확하다.
- 과거 연구의 결론은 오류였다: “2,500년 전 산동(山東) 사람은 유럽인과 가까웠다”는 주장은 짧은 DNA 분석으로 인한 착시 현상이었을 뿐 사실이 아니었다.
- 새로운 역사 시나리오 제시: 이 연구 결과는 산동(山東) 지역의 역사를 유전학적으로 새롭게 해석할 단서를 제공한다.
- 약 2,500년 전 춘추전국시대(春秋戰國時代)에 임치(臨淄)는 제(齊)나라의 수도로서 경제 문화의 중심지였다. 이때 중국 남부와 중부 지역의 사람들이 대거 이주해 오면서, 당시 산동(山東) 사람들은 남방계 유전 특성을 강하게 띠게 되었다.
- 그 후 한(漢)나라의 정복, 북방 민족의 침입 등을 거치면서 북방계 사람들이 유입되었다. 이들이 기존의 남방계 사람들과 섞이면서 오늘날과 같이 북방계에 더 가까운 유전적 특징을 갖게 된 것이다.
결론적으로, 이 논문은 성급하고 부정확한 DNA 분석이 어떻게 역사를 왜곡할 수 있는지 경고한다. 또한, 고대인의 유전자를 제대로 연구하려면 단편적인 정보가 아니라 유전자의 여러 부분을 종합적으로 분석하고, 역사적, 고고학적 지식과 함께 해석해야 한다고 강조한다.
[논문번역]
The decipherment of the meager information provided by short fragments of ancient mitochondrial DNA (mtDNA) is notoriously difficult but is regarded as a most promising way toward reconstructing the past from the genetic perspective. By haplogroup-specific hypervariable segment (HVS) motif search and matching or near-matching with available modern data sets, most of the ancient mtDNAs can be tentatively assigned to haplogroups, which are often subcontinent specific. Further typing for mtDNA haplogroup-diagnostic coding region polymorphisms, however, is indispensable for establishing the geographic/genetic affinities of ancient samples with less ambiguity. In the present study, we sequenced a fragment (~982 bp) of the mtDNA control region in 76 Han individuals from Taian, Shandong, China, and we combined these data with previously reported samples from Zibo and Qingdao, Shandong. The reanalysis of two previously published ancient mtDNA population data sets from Linzi (same province) then indicates that the ancient populations had features in common with the modern populations from south China rather than any specific affinity to the European mtDNA pool. Our results highlight that ancient mtDNA data obtained under different sampling schemes and subject to potential contamination can easily create the impression of drastic spatiotemporal changes in the genetic structure of a regional population during the past few thousand years if inappropriate methods of data analysis are employed.
고대 미토콘드리아 DNA(mtDNA)의 짧은 조각에서 얻는 빈약한 정보를 해독하는 것은 매우 어렵다. 하지만 유전학 관점에서 과거를 재구성하는 가장 유망한 방법으로 여겨진다. 특정 하플로그룹(haplogroup)의 초변이영역(HVS) 모티프(motif)를 찾고, 이를 현대 데이터와 비교하거나 거의 일치하는 것을 찾는다. 이를 통해 대부분의 고대 mtDNA를 잠정적으로 특정 하플로그룹으로 분류할 수 있다. 이 하플로그룹은 종종 특정 아대륙에만 나타나는 특징을 가진다. 그러나 고대 샘플의 지리적, 유전적 관계를 더 명확하게 밝히려면, 하플로그룹을 진단할 수 있는 mtDNA의 코딩 영역(coding region) 다형성을 추가로 확인하는 것이 필수적이다. 이 연구에서 우리는 중국 산동성(山東省) 태안(泰安)에 사는 한족(漢族) 76명의 mtDNA 조절 영역(control region) 조각(약 982 bp)의 염기서열을 분석했다. 그리고 이 데이터를 이전에 보고된 산동성(山東省) 치박(淄博)과 청도(青島)의 샘플 데이터와 통합했다. 같은 지역인 임치(臨淄)에서 나온 두 개의 고대 mtDNA 집단 데이터를 재분석한 결과, 이 고대 인구는 유럽인 mtDNA 풀(pool)과 특별한 관련이 있기보다는 현대 남부 중국 인구와 공통된 특징을 가졌다. 우리의 결과는 중요한 점을 시사한다. 만약 부적절한 데이터 분석 방법을 사용한다면, 서로 다른 방식으로 수집되었거나 오염 가능성이 있는 고대 mtDNA 데이터는 지난 수천 년 동안 한 지역 인구의 유전 구조에 엄청난 시공간적 변화가 있었던 것 같은 착각을 쉽게 불러일으킬 수 있다.
목차
Samples and Data Sets
샘플 및 데이터 세트
Haplogroup Assignment
하플로그룹 분류
결과 및 토론 (Results and Discussion)
서론 Introduction
The prehistory and recent migration history of the people of China are very complex (Ge, Wu, and Chao 1997; Yao et al. 2002a). Information provided by ancient mitochondrial DNA (mtDNA), especially from the post-Neolithic period, has been regarded as one of the most powerful methods of understanding and reconstructing the past from the genetic perspective (Oota et al. 1999). In particular, Wang et al. (2000) investigated “temporal changes in genetic structure of human populations during the past 2,500 years in China using mtDNA sequences.” In their study of a 2,500-year-old human population from Linzi, Shandong Province, China, together with a 2,000-year-old population (Oota et al. 1999) and a modern population from the same location, they employed a network method to display the phylogenetic relationship among mtDNA haplotypes and used a distance method to construct a population tree. Among the six “radiation groups,” designated I to VI (Oota et al. 1999), in their haplotype network, the frequencies of each radiation group varied substantially across the 2,500-year-old, the 2,000-year-old, and the modern Linzi populations. Their population tree clustered the 2,500-year-old population with the present-day Europeans, whereas the 2,000-year-old population occupied an intermediate position between modern East Asians (which contained the present-day Linzi population) and Europeans. Based on these results, they suggested that drastic spatiotemporal changes had occurred in the genetic structure of Chinese people during the past 2,500 years. Leaving potential problems of authenticity of the ancient DNAs aside, their data deserve further analyses for two reasons. First, four of their six radiation groups (I to IV) are paraphyletic (Yao et al. 2002a). Second, the reported mtDNA control region hypervariable segment I (HVS-I) sequences were truncated to 185-bp segments for phylogenetic analysis of mtDNA haplotypes and to 172-bp segments for estimating genetic distances between populations, which would no longer permit the clear distinction between major European and East Asian mtDNA haplogroups in several cases.
중국인의 선사시대와 최근 이주 역사는 매우 복잡하다(갈, 오, 조 1997; 야오 등 2002a). 고대 미토콘드리아 DNA(mtDNA)에서 얻는 정보, 특히 신석기 시대 이후의 정보는 유전학 관점에서 과거를 이해하고 재구성하는 가장 강력한 방법 중 하나로 여겨져 왔다(오오타 등 1999). 특히, 왕(Wang) 등(2000)은 “mtDNA 염기서열을 이용해 지난 2,500년간 중국 인구의 유전 구조에 나타난 시간적 변화”를 연구했다. 그들은 중국 산동성(山東省) 임치(臨淄)에서 나온 2,500년 전 인구, 2,000년 전 인구(오오타 등 1999), 그리고 같은 지역의 현대 인구를 함께 연구했다. 그들은 네트워크 방법을 사용해 mtDNA 하플로타입(haplotype) 간의 계통 관계를 보여주고, 거리 측정법으로 집단 계통수를 만들었다. 그들의 하플로타입 네트워크에 있는 6개의 “분기 그룹(radiation groups)”(I~VI로 지정, 오오타 등 1999)의 빈도는 2,500년 전, 2,000년 전, 그리고 현대 임치(臨淄) 인구에서 크게 달랐다. 그들의 집단 계통수는 2,500년 전 인구를 오늘날의 유럽인과 같은 그룹으로 묶었다. 반면, 2,000년 전 인구는 현대 동아시아인(오늘날의 임치(臨淄) 인구 포함)과 유럽인 사이의 중간 위치에 놓였다. 이러한 결과를 바탕으로, 그들은 지난 2,500년 동안 중국인의 유전 구조에 엄청난 시공간적 변화가 있었다고 주장했다. 고대 DNA의 진위 문제를 차치하더라도, 그들의 데이터는 두 가지 이유에서 추가 분석이 필요하다. 첫째, 그들이 제시한 6개 분기 그룹 중 4개(I~IV)는 측계통군(paraphyletic), 즉 하나의 공통 조상에서 나온 모든 후손을 포함하지 않는다(야오 등 2002a). 둘째, 보고된 mtDNA 조절 영역의 초변이영역 I(HVS-I) 염기서열이 잘려나갔다. mtDNA 하플로타입의 계통 분석을 위해서는 185bp 조각으로, 집단 간 유전 거리를 추정하기 위해서는 172bp 조각으로 줄였다. 이 때문에 몇몇 경우 유럽인과 동아시아인의 주요 mtDNA 하플로그룹을 명확히 구별할 수 없게 되었다.
A dissection of mtDNAs into major (and minor) haplogroups is essential for identifying spatial frequency patterns (Torroni et al. 2000, 2001). Thus, there are two prerequisites necessary for an interpretation of relatively short fragments of ancient mtDNA from East Asia: (1) a reliable basal phylogeny of the major East Asian mtDNA lineages based on control region and coding region information (Kivisild et al. 2002); and (2) a large database of modern East Asian mtDNA HVS-I (and HVS-II) sequences linked with partial coding region sequences, or at least single haplogroup-diagnostic sites screened by restriction fragment length polymorphism (RFLP) typing (Yao et al. 2002a). With this information at hand, one can often infer the potential haplogroup status from a short segment of the control region (which is typical for ancient DNAs) through a haplogroup-specific HVS-I motif search and matching or near-matching with the mtDNA haplotypes in the database (Yao et al. 2002a).
mtDNA를 주요 (그리고 부차적인) 하플로그룹으로 나누는 것은 공간적 빈도 패턴을 파악하는 데 필수적이다(토로니 등 2000, 2001). 따라서 동아시아에서 나온 비교적 짧은 고대 mtDNA 조각을 해석하기 위해서는 두 가지 전제 조건이 필요하다. 첫째, 조절 영역과 코딩 영역 정보를 바탕으로 한, 동아시아 주요 mtDNA 계통의 신뢰할 수 있는 기본 계통도가 필요하다(키비실드 등 2002). 둘째, 현대 동아시아인의 mtDNA HVS-I(그리고 HVS-II) 염기서열에 대한 대규모 데이터베이스가 필요하다. 이 데이터베이스는 부분적인 코딩 영역 서열 정보나, 최소한 제한 효소 절편 길이 다형성(RFLP) 분석으로 확인된 단일 하플로그룹 진단 부위 정보와 연결되어 있어야 한다(야오 등 2002a). 이런 정보가 있다면, 특정 하플로그룹의 HVS-I 모티프를 찾고 데이터베이스의 mtDNA 하플로타입과 비교하거나 거의 일치하는 것을 찾아, 짧은 조절 영역 조각(고대 DNA의 일반적인 특징)만으로도 잠재적인 하플로그룹을 추론할 수 있다(야오 등 2002a).
Until now, only two modern mtDNA samples (Zibo, with 185-bp fragments of HVS-I [Wang et al. 2000], and Qingdao, with HVS-I and HVS-II sequences and additional coding region information [Yao et al. 2002a]) from Han populations of Shandong have been analyzed for mtDNA variation. In the present study, we sequenced the mtDNA control region in 76 Han individuals from Taian, Shandong, and combined these data with the reported Zibo and Qingdao samples in order to elucidate the (matrilineal) genetic structures of contemporary populations from Shandong. Then, by contrasting the frequency distributions of the mtDNA haplogroups tentatively identified in the ancient DNAs with the modern data from Shandong as well as from other provinces of China (Oota et al. 2002; Yao et al. 2002a, 2002b; Yao and Zhang 2002 and references therein), we reassessed the conclusion of Wang et al. (2000).
지금까지 산동(山東) 한족(漢族)의 mtDNA 변이를 분석한 연구는 단 두 건뿐이었다. 하나는 치박(淄博) 샘플로 HVS-I의 185bp 조각을 분석했고(왕 등 2000), 다른 하나는 청도(青島) 샘플로 HVS-I과 HVS-II 서열 및 추가 코딩 영역 정보를 분석했다(야오 등 2002a). 이 연구에서 우리는 산동성(山東省) 태안(泰安)에 사는 한족(漢族) 76명의 mtDNA 조절 영역 염기서열을 분석했다. 그리고 이 데이터를 기존에 보고된 치박(淄博) 및 청도(青島) 샘플과 통합하여 오늘날 산동(山東) 지역 인구의 (모계) 유전 구조를 밝히고자 했다. 그런 다음, 고대 DNA에서 잠정적으로 확인된 mtDNA 하플로그룹의 빈도 분포를 산동(山東) 및 중국 다른 지역(오오타 등 2002; 야오 등 2002a, 2002b; 야오와 장 2002 및 그 참고문헌)의 현대 데이터와 비교했다. 이를 통해 왕(Wang) 등(2000)의 결론을 재평가했다.
재료 및 방법 Materials and Methods
Samples and Data Sets
샘플 및 데이터 세트
The ancient DNA population data reanalyzed here comprise 34 mtDNAs (Wang et al. 2000) and 24 mtDNAs (Oota et al. 1999) from Linzi, Shandong Province (table 1). Seventy-six modern Han samples from Taian, Shandong (with informed consent) were newly recruited in this study and, together with a series of modern mtDNAs from China (Kivisild et al. 2002; Oota et al. 2002; Yao et al. 2002a, 2002b; Yao and Zhang 2002 and references therein), taken for comparison.
여기서 재분석한 고대 DNA 집단 데이터는 산동성(山東省) 임치(臨淄)에서 나온 34개의 mtDNA(왕 등 2000)와 24개의 mtDNA(오오타 등 1999)로 구성된다(표 1). 또한, 산동성(山東省) 태안(泰安)에서 (사전 동의를 받아) 76개의 현대 한족(漢族) 샘플을 새로 수집했다. 이 샘플들은 중국의 다른 현대 mtDNA 시리즈(키비실드 등 2002; 오오타 등 2002; 야오 등 2002a, 2002b; 야오와 장 2002 및 그 참고문헌)와 함께 비교 분석에 사용되었다.
Sequence Analysis
염기서열 분석
Genomic DNA was extracted from whole blood by standard phenol/chloroform methods. The mtDNA control region sequences (relative to region 16000-407 in Cambridge reference sequence [CRS] [Andrews et al. 1999]) were amplified with primer L15996 (5′-CTCCACCATTAGCACCCAAAGC-3′) and H408 (5′-CTGTTAAAAGTGCATACCGCCA-3′). The products were purified with gel extraction kits (Watson BioMedicals Inc.) and were sequenced by using these two primers and three internal primers (L16209 [5′-CCCCATGCTTACAAGCAAGT-3′], L29 [5′ GGTCTATCAСССТАТТАACCAC-3′], and H16498 [5′- CCTGAAGTAGGAACCAGATG-3′]) on an ABI 377XL DNA Sequencer (Applied Biosystems). The length variation of the A and C stretches in 16180 to 16188 (triggered by the 16189 T to C substitution) were disregarded in the analyses. The polymorphisms in region 10171 to 10659 and at sites 4833 and 5178 relative to CRS in several Taian Han samples were typed by using the same primers and conditions as described in our previous study (Yao et al. 2002a). The control region sequences have been submitted to GenBank https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) under accession nos. AF519813 to AF519888.
표준 페놀/클로로포름 방법을 사용하여 전혈에서 게놈 DNA를 추출했다. mtDNA 조절 영역 염기서열(케임브리지 표준 염기서열[CRS]의 16000-407 영역 기준[앤드류스 등 1999])을 프라이머(primer) L15996과 H408을 사용해 증폭했다. 증폭된 산물은 겔 추출 키트(Watson BioMedicals Inc.)로 정제했다. 그리고 이 두 프라이머와 3개의 내부 프라이머(L16209, L29, H16498)를 사용하여 ABI 377XL DNA 시퀀서(Applied Biosystems)로 염기서열을 분석했다. 16189 위치의 T가 C로 치환되면서 발생하는 16180~16188 구간의 A와 C 염기 반복 구간 길이 변화는 분석에서 무시했다. 몇몇 태안(泰安) 한족(漢族) 샘플에서 발견된 10171~10659 영역과 4833 및 5178 위치의 다형성은 이전 연구(야오 등 2002a)와 동일한 프라이머와 조건으로 분석했다. 조절 영역 염기서열은 AF519813부터 AF519888까지의 등록 번호로 젠뱅크(GenBank)에 제출되었다.
Haplogroup Assignment
하플로그룹 분류
We adopted the mtDNA haplogroup classification tree and nomenclature system described in recent studies (Kivisild et al. 2002; Yao et al. 2002a) for mtDNA assignment. The haplogroup status of the 2,000-year-old (Oota et al. 1999) and 2,500-year-old (Wang et al. 2000) mtDNAs was tentatively inferred according to the strategy described in the Introduction and in recent studies (Kivisild et al. 2002; Yao et al. 2002a; Yao and Zhang 2002). Some ancient mtDNAs that could not be classified unambiguously were left unassigned and were marked as “?” for haplogroup status. The frequency vectors of mtDNA basal haplogroups (M7, M8, M9, M10, M*/N*, G2, D, A, N9, B, R9, and R* [Yao et al. 2002a]) in 16 regional Han samples across China (Kivisild et al. 2002; Oota et al. 2002; Yao et al. 2002a and references therein; this study) and the two ancient samples were subjected to principal component (PC) analysis.
mtDNA 분류에는 최근 연구(키비실드 등 2002; 야오 등 2002a)에서 기술된 mtDNA 하플로그룹 분류 체계와 명명법을 사용했다. 2,000년 전(오오타 등 1999)과 2,500년 전(왕 등 2000) mtDNA의 하플로그룹은 서론과 최근 연구들(키비실드 등 2002; 야오 등 2002a; 야오와 장 2002)에 설명된 전략에 따라 잠정적으로 추론했다. 명확하게 분류할 수 없는 일부 고대 mtDNA는 분류하지 않고 하플로그룹 상태를 “?”로 표시했다. 중국 전역 16개 지역 한족(漢族) 샘플(키비실드 등 2002; 오오타 등 2002; 야오 등 2002a와 그 참고문헌; 이 연구)과 두 고대 샘플에서 나타난 mtDNA 기본 하플로그룹(M7, M8, M9, M10, M*/N*, G2, D, A, N9, B, R9, R*)의 빈도 벡터를 주성분 분석(PC)했다.
결과 및 토론 (Results and Discussion)
Table 1 lists the nucleotide variation in the 2,500-year-old and 2,000-year-old samples along with the potential haplogroup status of each haplotype. A relatively high frequency of haplogroup F(9/24) is seen in the 2,000-year-old sample, whereas the 2,500-year-old sample harbors a very large amount of potential B types (15/34). It is conspicuous that in either data set quite a number of individuals were found to share the same haplotype in several instances, which could be due to close matrilineal relationships (thus biasing comparisons with modern mtDNA samples). In particular, six members of the 2,500-year-old sample are indistinguishable from the CRS within the short HVS-I fragment sequenced and may be close to the ancestral HVS-I type of haplogroup B. For this fragment, they match two mtDNAs (QD8141 [Yao et al. 2002a] and SD10313) of our Shandong samples. Interestingly, a central Honshū mtDNA sample (50 individuals) sequenced for 16040 to 16375 in HVS-I and 20 to 430 in HVS-II (Koyama et al. 2002) harbors 15 identical HVS-I sequences, differing from the CRS only at 16189. Truncated to the segment 16194 to 16375, both this Japanese sample and the 2,500-year-old Linzi sample would show the same sort of genetic affinity to European samples incurred by high frequency of the CRS (a typical Western European feature).
표 1은 2,500년 전과 2,000년 전 샘플의 염기 변이와 각 하플로타입의 잠재적 하플로그룹을 보여준다. 2,000년 전 샘플에서는 하플로그룹 F가 비교적 높은 빈도(9/24)로 나타난다. 반면, 2,500년 전 샘플에는 잠재적인 B 타입이 매우 많이(15/34) 포함되어 있다. 두 데이터 세트 모두에서, 여러 개인이 동일한 하플로타입을 공유하는 경우가 많다는 점이 눈에 띈다. 이는 가까운 모계 관계 때문일 수 있으며, 이 경우 현대 mtDNA 샘플과의 비교에 편향을 줄 수 있다. 특히, 2,500년 전 샘플 중 6명은 분석된 짧은 HVS-I 조각 내에서 CRS(표준 염기서열)와 구별되지 않았다. 이는 하플로그룹 B의 조상 HVS-I 타입과 가까울 수 있음을 시사한다. 이 조각은 우리가 분석한 산동(山東) 샘플 중 두 mtDNA(QD8141[야오 등 2002a]와 SD10313)와 일치한다. 흥미롭게도, 일본 혼슈(本州) 중부 지역의 mtDNA 샘플(50명) 분석 결과(코야마 등 2002)는 15개의 동일한 HVS-I 서열을 보여주었다. 이 서열은 HVS-I의 16040~16375 구간과 HVS-II의 20~430 구간에서 분석되었는데, CRS와는 16189 위치에서만 차이가 났다. 만약 이 일본 샘플과 2,500년 전 임치(臨淄) 샘플을 16194~16375 구간으로 잘라서 분석한다면, 두 샘플 모두 유럽인 샘플과 유사한 유전적 특징을 보이게 될 것이다. 이는 CRS(전형적인 서유럽 특징)가 높은 빈도로 나타나기 때문이다.
The mtDNA haplogroups that could be positively identified (albeit at different levels of certainty) in the two ancient populations are “Asian-specific” (see table 1). Moreover, some of the haplotypes in the ancient DNAs match exactly those from modern samples. For example, types M7b2 (16223-16297-16298), M* (16223-16311), M* (16223), A (16223-16290-16319-16362), D5a (16223-16266-16362-150-263), and C (16223-16298-16327) in the ancient mtDNAs could be matched to haplotypes observed in the three modern samples from Shandong. The Flb type (16232A-16249-16304-16311-16344) in the 2,500-year-old population matches a haplotype observed in Han people from Yunnan Province, and the motif 16232A-16249-16304 is widespread, found in individuals from Xinjiang, Yunnan, Liaoning (Yao et al. 2002a), Shaanxi (Oota et al. 2002), and Shandong (this study). The specific motif (16291-16304) of F2 types in the 2,000-year-old populations are also found in contemporary Han individuals from those provinces as well as individuals from some ethnic groups in Yunnan (Yao et al. 2002b). It is therefore far from conclusive that “the 2,500-year-old population showed greater genetic similarity to present-day European populations than to present-day East Asian populations, and the 2,000-year-old population had features that were intermediate between the present-day European populations and the present-day East Asian populations” (Wang et al. 2000, p. 1396).
두 고대 인구에서 (확실성의 수준은 다르지만) 명확히 확인된 mtDNA 하플로그룹은 모두 “아시아 특이적”인 것들이다(표 1 참조). 게다가 고대 DNA의 일부 하플로타입은 현대 샘플과 정확히 일치한다. 예를 들어, 고대 mtDNA에서 발견된 M7b2, M*, M*, A, D5a, C 타입 등은 현대 산동(山東) 지역 3개 샘플에서 관찰된 하플로타입과 일치했다. 2,500년 전 인구의 F1b 타입은 운남성(雲南省) 한족(漢族)에서 발견된 하플로타입과 일치한다. 또한 16232A-16249-16304 모티프는 신강(新疆), 운남(雲南), 요녕(遼寧)(야오 등 2002a), 섬서(陝西)(오오타 등 2002), 그리고 산동(山東)(이 연구) 사람들에게서 널리 발견된다. 2,000년 전 인구에서 발견된 F2 타입의 특정 모티프(16291-16304) 역시 이들 지역의 현대 한족(漢族)과 운남(雲南)의 일부 소수 민족에게서 발견된다(야오 등 2002b). 따라서 “2,500년 전 인구는 현대 동아시아인보다 현대 유럽인과 더 큰 유전적 유사성을 보였고, 2,000년 전 인구는 현대 유럽인과 현대 동아시아인의 중간적 특징을 가졌다”는 주장(왕 등 2000, p. 1396)은 전혀 결정적이지 않다.
표 1. 중국 산동성(山東省)의 2,500년 전, 2,000년 전, 그리고 현대 mtDNA 염기서열 변이
표에 대한 참고사항: 위치는 앤드류스(Andrews) 등(1999)의 수정된 케임브리지 표준 염기서열(CRS)에 따라 번호를 매겼다. 접미사 A, G, C, T는 염기 변환(transversion)을, d는 결실(deletion)을, ND는 결정되지 않음(not determined)을 의미한다. 분석된 영역에서 표준 염기서열과 비교하여 돌연변이가 없는 mtDNA는 CRS로 표시했다. 44, 309, 315 위치에서의 시토신(cytosine) 삽입은 각각 +C (1개 삽입)와 +CC (2개 삽입)로 표시했다. +와 -는 각각 4831번 위치(Hhal=f)와 5176번 위치(Alul=a)에 제한 효소 절단 부위가 존재함과 존재하지 않음을 나타낸다. 1과 2는 COII/tRNA 유전자 사이 영역에 9bp(CCCCCTCTA) 조각이 결실된 경우와 결실되지 않은 경우(즉, 9bp 조각이 2번 반복)를 각각 나타낸다. 같은 집단 내에서 동일한 하플로타입을 공유하는 개체 수는 하플로타입 약어 뒤 괄호 안에 표시했다. 분류되지 않은 고대 mtDNA는 하플로그룹 상태를 “?”로 표시했다.
a 야오(Yao) 등(2002a)의 표 2에서 HVS-I 서열이 완벽히 일치하는 LN7594는 +5176 Alul로 잘못 기록되었으나, 실제로는 -5176 Alul이므로 하플로그룹 D에 속한다.
b 3개의 mtDNA(SD10336, SD10354, SD10369)에서 드물게 나타나는 44번 위치의 C 삽입은 3번의 독립적인 염기서열 분석을 통해 확인했다.
Figure 1 gives a PC analysis view of the 16 regional Han samples across China and the two ancient samples based on the frequency profiles of the basal haplogroups (Yao et al. 2002a), whereby the unassigned types marked as “?” for haplogroup status were disregarded (a tentative scoring as R* would only emphasize potential outlier status [data not shown]). The 2,500-year-old and especially the 2,000-year-old samples show closer affinity to the modern samples from the south than from the north, thus reflecting the trend in the haplogroup profiles discussed above: haplogroups F and B have higher frequencies in populations from the south (or of southern origin) than those from the north (or of northern origin) (Yao et al. 2002a).
그림 1은 중국 16개 지역 한족(漢族) 샘플과 두 고대 샘플의 기본 하플로그룹 빈도 프로필을 바탕으로 한 주성분 분석(PC) 결과이다(야오 등 2002a). 하플로그룹 상태가 “?”로 표시된 미분류 타입은 분석에서 제외했다(이들을 잠정적으로 R*로 분류해도 특이점으로 부각될 뿐이었다[데이터 미표시]). 분석 결과, 2,500년 전 샘플과 특히 2,000년 전 샘플은 북부보다 남부의 현대 샘플과 더 가까운 관계를 보였다. 이는 앞에서 논의한 하플로그룹 프로필 경향을 반영한다. 즉, 하플로그룹 F와 B는 북부(또는 북부 기원) 인구보다 남부(또는 남부 기원) 인구에서 더 높은 빈도로 나타난다(야오 등 2002a).
그림 1. 16개 지역 한족(漢族) 샘플과 2개 고대 샘플의 주성분(PC) 분석 지도. 야오(Yao) 등(2002a)이 기술한 기본 mtDNA 하플로그룹 빈도 프로필을 기반으로 했다. 표 1에서 하플로그룹 상태가 “?”로 표시된 고대 mtDNA는 분석에서 제외했다. 현대 한족(漢族) 샘플의 약어와 데이터 출처는 다음과 같다: YN = 운남(雲南); WH = 무한(武漢); QD = 청도(青島); LN = 요녕(遼寧); XJ = 신강(新疆); GD-ZJ = 광동성(廣東省) 담강(湛江); HK = 홍콩(香港); TW-1 = 대만(臺灣)-1; TW-2 = 대만(臺灣)-2; SH = 상해(上海); QH = 청해(青海) (야오 등 2002a 및 그 참고문헌); GD-GZ = 광동성(廣東省) 광주(廣州) (키비실드 등 2002); ZB = 산동성(山東省) 치박(淄博) (왕 등 2000); XA = 섬서성(陝西省) 서안(西安); CS = 호남성(湖南省) 장사(長沙) (오오타 등 2002); 그리고 TA = 태안(泰安) (이 연구).
Given the difficulties in retrieving authentic ancient DNAs from specimens and the fact that many haplogroups are defined by whole arrays of mutations in the control region as well as the relatively less mutable coding region, it would be economical and effective to sequence one or two short HVS-I (or HVS-II) stretches generally and then, depending on the potential haplogroup assignment(s) inferred from the resulting HVS-I fragments, to screen different small fragments in the coding region individually. Even with the meager information contained in very short HVS-I fragments, one would need only one or two extra sequencing rounds to confirm haplogroup status in most cases. For example, the potential M10 haplotype (16223-16311-73-263-315+C) in the recent Korean data (Lee, Lee, and Lee 2002) comprising mtDNA control region and cytochrome b gene polymorphisms bears the two mutations 15071 and 15218. We therefore sequenced the two types, SD10364 and SD10334, of our Taian sample (having the HVS-I motif 16223-16311 combined with +5176 Alul) and confirmed that only the M10 type (SD10334, according to the mutation 10646) harbored these two cytochrome b mutations. Further typing of the five mtDNAs assigned to haplogroup M10 in Yao et al. (2002a) showed that they all carry these mutations as well. Hence, the presence of mutations 15071 and 15218 constitutes additional markers for haplogroup M10. If this information was available at the time, then the ancient mtDNA, Liach09, showing the motif 16223-16311 could have been tested for the latter two mutations. In case these mutations turned out to be absent, a confirmation of the HVS-II motif 215-318-326 could point to another (yet unnamed) sub-haplogroup of M (cf. SD10324 and SD10364).
시료에서 진품 고대 DNA를 추출하는 것이 어렵고, 많은 하플로그룹이 조절 영역의 전체 돌연변이 배열과 상대적으로 변이가 적은 코딩 영역에 의해 정의된다는 사실을 고려해야 한다. 따라서 경제적이고 효과적인 방법은 다음과 같다. 먼저 한두 개의 짧은 HVS-I(또는 HVS-II) 구간의 염기서열을 분석한다. 그 결과로 얻은 HVS-I 조각을 통해 잠정적인 하플로그룹을 추론한 뒤, 그에 맞춰 코딩 영역의 다른 작은 조각들을 개별적으로 확인하는 것이다. 매우 짧은 HVS-I 조각에 담긴 빈약한 정보만으로도, 대부분의 경우 한두 번의 추가 염기서열 분석만으로 하플로그룹 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 최근 한국인 데이터(이, 이, 이 2002)에 나온 잠재적 M10 하플로타입은 mtDNA 조절 영역과 시토크롬 b 유전자 다형성 분석 결과 15071과 15218이라는 두 돌연변이를 가지고 있었다. 그래서 우리는 HVS-I 모티프 16223-16311과 +5176 Alul을 가진 태안(泰安) 샘플의 두 타입, SD10364와 SD10334의 염기서열을 분석했다. 그 결과, M10 타입(10646 돌연변이로 확인된 SD10334)만이 이 두 시토크롬 b 돌연변이를 가지고 있음을 확인했다. 야오 등(2002a)의 연구에서 하플로그룹 M10으로 분류된 5개의 mtDNA를 추가 분석한 결과, 그들 모두 이 돌연변이를 가지고 있었다. 따라서 15071과 15218 돌연변이의 존재는 하플로그룹 M10의 추가적인 표지(marker)가 된다. 만약 이 정보가 그 당시에 있었다면, 16223-16311 모티프를 보인 고대 mtDNA, Liach09에 대해 이 두 돌연변이 유무를 검사할 수 있었을 것이다. 만약 이 돌연변이가 없었다면, HVS-II 모티프 215-318-326을 확인함으로써 M의 또 다른 (아직 이름 없는) 하위 하플로그룹일 가능성을 제시할 수 있었을 것이다(SD10324와 SD10364 비교).
In short, both the 2,500-year-old and the 2,000-year-old Linzi populations had features in common with the modern populations from south China rather than any specific affinity to the European mtDNA pool. The following scenario could explain the changes in the matrilineal genetic structure of the Shandong populations during the past 3,000 years: before or during the Spring-Autumn and Warring States era (770 B.C. to 221 B.C.), migrations from south and central China could have heavily contributed to the gene pool of Linzi inhabitants, as Linzi was the capital of the feudal state of Qi, which was famous for its economy and development at that time (Ge, Wu, and Chao 1997). Later, the conquest by the Han coming from central and north China in historical time and the occasional invasion of northern nomadic tribes to this region might have brought major shifts in the composition of the resident population (Ge, Wu, and Chao 1997), which eventually led to the genetic pattern we observe today. To reconstruct the evolutionary history of China, it is thus important to take (pre) historic knowledge and archaeological assemblages into full consideration. Our results highlight that the interpretation of ancient DNA should begin with sufficient data and not draw conclusions on too limited a data set. Molecular anthropology would profit from embracing the research done in medical genetics and forensics: both are employing or are beginning to use coding region information (Herrnstadt et al. 2002; Lee, Lee, and Lee 2002; Kivisild et al. 2002 and references therein). For unambiguous conclusions, it is indispensable to include coding region polymorphisms that are diagnostic for mtDNA haplogroup membership in addition to sequencing portions of the HVS-I when trying to establish the geographic/genetic affinities of ancient samples.
요약하자면, 2,500년 전과 2,000년 전 임치(臨淄) 인구는 유럽인 mtDNA 풀(pool)과 특별한 관련이 있기보다는, 현대 남부 중국 인구와 공통된 특징을 가졌다. 지난 3,000년 동안 산동(山東) 인구의 모계 유전 구조 변화는 다음과 같은 시나리오로 설명할 수 있다. 춘추전국시대(春秋戰國時代, 기원전 770년-기원전 221년) 이전이나 그 시기에, 남부와 중부 중국으로부터의 이주가 임치(臨淄) 주민들의 유전자 풀에 크게 기여했을 수 있다. 당시 임치(臨淄)는 경제와 발전으로 유명했던 봉건 국가 제(齊)나라의 수도였기 때문이다(갈, 오, 조 1997). 이후, 역사 시대에 중부와 북부 중국에서 온 한(漢)나라에 의해 정복되고, 북방 유목 부족이 이 지역을 때때로 침략하면서 거주 인구의 구성에 큰 변화가 있었을 것이다(갈, 오, 조 1997). 이것이 결국 오늘날 우리가 관찰하는 유전적 패턴으로 이어졌을 것이다. 따라서 중국의 진화 역사를 재구성하기 위해서는 (선)역사적 지식과 고고학적 유물들을 충분히 고려하는 것이 중요하다. 우리의 결과는 고대 DNA 해석이 너무 제한적인 데이터로 결론을 내리지 말고, 충분한 데이터에서 시작해야 한다는 점을 강조한다. 분자 인류학은 의료 유전학 및 법의학 분야의 연구를 받아들이면 발전할 것이다. 두 분야 모두 코딩 영역 정보를 사용하고 있거나 사용하기 시작했다(헤른슈타트 등 2002; 이, 이, 이 2002; 키비실드 등 2002 및 그 참고문헌). 명확한 결론을 내리기 위해서는, 고대 샘플의 지리적/유전적 관계를 규명하고자 할 때 HVS-I 일부의 염기서열을 분석하는 것 외에, mtDNA 하플로그룹을 진단할 수 있는 코딩 영역 다형성 정보를 포함하는 것이 필수적이다.
감사의 글 (Acknowledgments)
We thank Zhu C.-L. and Gou S.-K. for technical assistance. This study was supported by grants from Natural Sciences Foundation of Yunnan Province and Natural Sciences Foundation of China (NSFC).
기술적 도움을 준 주 씨-엘(Zhu C.-L.)과 구 에스-케이(Gou S.-K.)에게 감사한다. 이 연구는 운남성(雲南省) 자연과학기금과 중국 국가자연과학기금(NSFC)의 지원을 받았다.
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제프리 롱(Jeffrey Long), 부편집장