#유전자 #고대DNA #대전자유적 #하가점하층문화
Li, H.J., Zhao, X., Zhao, Y.B. et al. (2011) ‘Genetic characteristics and migration history of a bronze culture population in the West Liao-River valley revealed by ancient DNA’, Journal of Human Genetics, 56, pp. 815–822. https://doi.org/10.1038/jhg.2011.102.

Genetic characteristics and migration history of a bronze culture population in the West Liao-River valley revealed by ancient DNA

서요하 계곡 청동기 문화 인구의 유전적 특성과 이동 역사: 고대 DNA를 통해 밝혀진 사실

Hongjie Li¹, Xin Zhao², Yongbin Zhao¹, Chunxiang Li¹, Dayong Si¹, Hui Zhou² and Yinqiu Cui^{1
이홍걸(李紅傑)¹, 조흠(趙鑫)², 조영빈(趙永斌)¹, 이춘향(李春香)¹, 사대용(司大勇)¹, 주혜(周慧)², 그리고 최은추(崔銀秋)¹}

1. College of Life Science, Jilin University, Changchun, PR China and
중화인민공화국(中華人民共和國) 장춘(長春), 길림대학(吉林大學) 생명과학대학
2. Research Center for Chinese Frontier Archaeology, Jilin University, Changchun, PR China
중화인민공화국(中華人民共和國) 장춘(長春), 길림대학(吉林大學) 중국변강고고학연구센터(中國邊疆考古學研究中心)
Correspondence: Dr H Zhou, Research Center for Chinese Frontier Archaeology, Jilin University, 2699 Qianjing Street, Changchun, Jilin 130012, PR China.
교신저자: 주혜(周慧) 박사, 길림대학(吉林大學) 중국변강고고학연구센터(中國邊疆考古學研究中心), 중화인민공화국(中華人民共和國) 길림(吉林) 장춘(長春) 전정대가(前程大街) 2699, 130012.

 

[리뷰] 중화 쇼비니즘 경사도 평가: 5/10

24. Li, H.J., Zhao, X., Zhao, Y.B. et al. (2011) ‘Genetic characteristics and migration history of a bronze culture population in the West Liao-River valley revealed by ancient DNA’, Journal of Human Genetics, 56, pp. 815–822. https://doi.org/10.1038/jhg.2011.102.

(1) 연구 개요 및 저자의 주장

이 연구는 서요하 유역의 후기 청동기 시대인 하가점하층(Lower Xiajiadian) 문화에 초점을 맞추어 mtDNA와 Y-SNP를 분석했다. Y염색체 분석 결과, 북방계(N)와 중원계(O3) 하플로그룹을 함께 확인했다. 특히 이 연구는 중요한 반대 방향의 서사를 추가했는데, 청동기 시대 후반에 기후 변화로 인해 이 지역 인구의 일부가 남쪽으로 이주하여 “중원의 유전자 풀에 영향을 미쳤다”고 주장했다.

(2) 편향성 분석 (중화 쇼비니즘 경사도: 5/10)

1. 서사 프레이밍 (중간 편향성): 남향 이주라는 중요한 역방향 흐름을 제안했지만, 여전히 상호작용의 기본 축을 중원과 북방 내륙 사이로 한정한다.
2. 모델 선택과 반례 취급 (높은 편향성): Cui et al. (2013)과 마찬가지로 부계 유산에 초점을 맞춰 이야기의 절반을 놓치고 있다.
3. 지리·환경 제약 반영 (중간 편향성): 내륙 중심의 분석으로 인해 연안 네트워크의 가능성을 배제했다.
4. 유전자–문화 결합 가정 (중간 편향성): 특정 유전자 표지(O3)를 중원과 직접 연결한다.

(3) 결론 재구성: ‘내륙 회랑’ 동학의 복잡성 추가

이 연구는 ‘화살’ 모델의 단방향성을 비판하고 ‘내륙 회랑’ 내에서의 인구 이동이 양방향적이었음을 보여주었다는 점에서 중요하다. 이는 중원이 항상 능동적인 원천(source)이 아니라 때로는 수동적인 종착지(sink)가 될 수도 있었음을 시사한다. 그러나 이 연구 역시 부계 및 내륙 중심이라는 한계로 인해 ‘매트릭스’의 전체 그림을 보지는 못했다. 이 연구의 데이터는 ‘내륙 회랑’의 복잡한 동태를 보여주는 귀중한 증거로 재해석되어야 하며, 이는 ‘해양 회랑’이라는 또 다른 축과 병렬적으로 작동했던 것으로 이해해야 한다.

 

[논문요약]

고대 DNA가 밝혀낸 3,600년 전 사람들의 이주 이야기

1. 미스터리: 서요하(西遼河)의 농부들은 어디로 사라졌을까?

약 4,500년 전, 중국 북부 서요하(西遼河) 유역에는 ‘하가점 하층 문화’라는 발달된 농경 사회가 있었다. 하지만 이들은 약 2,900년 전 갑자기 사라지고, 그 자리엔 목축 중심의 ‘하가점 상층 문화’가 나타났다. 과연 이 농부들은 어디로 갔을까? 과학자들은 이 미스터리를 풀기 위해 하가점 하층 문화의 대표 유적인 대전자(大甸子) 공동묘지의 유골을 분석하기로 했다.

그림 1. 연구 지역 지도. 연구 대상인 대전자(大甸子) 유적의 위치를 보여준다. 이곳은 북방 초원과 남방 농경지가 만나는 지점이다.

2. 단서: 14명의 유골에 남겨진 DNA

연구진은 대전자 유적에서 발굴된 14명의 유골에서 고대 DNA를 추출했다. 이들이 누구인지, 혈통은 어떠한지 분석하여 미스터리를 풀고자 했다.

표 1. 분석 대상이 된 14명의 정보. 남성과 여성이 섞여 있었고, 10대부터 50대까지 다양한 연령대로 구성되었다.

어떤 기술을 사용했을까? 논문에는 분석에 사용된 수십 개의 프라이머(Primer) 목록이 표 2에 상세히 나와 있다.

프라이머는 DNA의 특정 부분을 찾아내 복제하기 위한 ‘탐색침’ 같은 역할을 하는 전문적인 도구다. 이 도구들을 이용해 연구진은 혈통 추적에 필요한 유전 정보를 정확히 찾아낼 수 있었다.

3. 분석: DNA에 담긴 놀라운 사실들

DNA 분석 결과, 대전자 사람들은 북방계와 남방계가 섞인 ‘다문화’ 집단이었음이 밝혀졌다.

표 3. 개인별 유전자 분석 결과. 부계(아빠) 혈통과 모계(엄마) 혈통을 분석한 결과, 한 공동체 안에 뚜렷하게 다른 두 계통이 함께 존재했음이 드러났다.

특히 S12 남성은 아빠는 남방계(O3), 엄마는 북방계(D4)로, 두 집단 간의 직접적인 혼혈이 있었음을 명확히 보여준다.

표 4. 남방계와의 연결고리, ‘M10’ 유전자. 모계 혈통 중 M10이라는 유형은 다른 지역에선 매우 드물지만, 대전자 사람들과 남쪽 중원(中原)의 도사(陶寺) 유적 사람들한테서만 유독 높게 나타났다. 이는 두 집단 간에 직접적인 교류가 있었음을 보여주는 ‘결정적 증거(smoking gun)’다.

4. 결론: 농부들은 남쪽으로 이주했다!

유전학적 증거들은 대전자 사람들이 사라진 것이 아니라, 남쪽으로 이주했음을 명확히 보여준다.

그림 2. 후손들의 분포 지도. 대전자 사람들의 유전자 유형(점과 세모)이 오늘날 어디에 분포하는지 추적한 결과, 원래 살던 곳뿐만 아니라 남쪽 중원(中原) 지역에 넓게 퍼져 있음이 확인되었다. 이는 이들이 남쪽으로 이동했음을 시사한다.

그림 3. 유전적 거리 지도. 대전자 사람들과 주변 민족 간의 유전적 거리를 비교한 지도다. 색이 밝을수록 유전적으로 가깝다는 의미인데, 지도를 보면 중원(中原) 지역이 가장 밝게 나타난다. 즉, 이들은 다른 어떤 집단보다 중원 사람들과 유전적으로 가장 가까운 친척이었다.

이주 원인은 기후 변화로 추정된다. 약 2,900년 전 기후가 추워지면서 농사가 어려워지자, 이들은 더 따뜻한 남쪽으로 삶의 터전을 옮겨 농경 생활을 이어가려 했던 것이다. 이들은 남쪽으로 이주해 그곳 사람들과 섞였고, 훗날 상(商)나라와 같은 중원 문명의 일부가 되었다.

 

[논문번역]

목차

초록. Abstract

서문. Introduction

재료 및 방법. Materials and methods

• 샘플. Samples
• 오염 방지 절차. Contamination precautions
• 고대 DNA 추출, 증폭 및 정제. Ancient DNA extraction, amplification and purification
• 미토콘드리아 DNA 염기서열 분석 및 SNP 유형 분석. mtDNA sequencing and SNP typing
• 성별 감식 및 Y염색체 SNP 유형 분석. Sex identification and Y-chromosome SNP typing
• PCR 산물의 복제. Cloning of PCR products
• 데이터 분석. Data analysis

결과와 논의. Results and Discussion

• 염기서열 인증. Sequence authentication
• mtDNA와 Y-SNP 분석. mtDNA and Y-SNP analysis
• 하가점하층문화(LXC) 인구의 유전적 특성. Genetic characteristics of the LXC population
• 청동기 시대 이후 서요하 계곡의 유전적 연속성. Genetic continuity in the West Liao-River valley from the Bronze Age

결론. Conclusions

References

 

초록. Abstract

In order to study the genetic characteristics of the Lower Xiajiadian culture (LXC) population, a main bronze culture branch in northern China dated 4500–3500 years ago, two uniparentally inherited markers, mitochondrial DNA and Y-chromosome single-nucleotide polymorphisms (Y-SNPs), were analyzed on 14 human remains excavated from the Dadianzi site. The 14 sequences, which contained 13 haplotypes, were assigned to 9 haplogroups, and Y-SNP typing of 5 male individuals assigned them to haplogroups N (M231) and O3 (M122). The results indicate that the LXC population mainly included people carrying haplogroups from northern Asia who had lived in this region since the Neolithic period, as well as genetic evidence of immigration from the Central Plain. Later in the Bronze Age, part of the population migrated to the south away from a cooler climate, which ultimately influenced the gene pool in the Central Plain. Thus, climate change is an important factor, which drove the population migration during the Bronze Age in northern China. Based on these results, the local genetic continuity did not seem to be affected by outward migration, although more data are needed especially from other ancient populations to determine the influence of return migration on genetic continuity.

하가점하층문화(Lower Xiajiadian Culture, LXC) 인구의 유전적 특성을 연구하기 위해, 약 4,500–3,500년 전 북중국의 주요 청동기 문화 분파 중 하나인 이 문화에서 대전자(大甸子) 유적에서 발굴된 14구의 인골을 대상으로 모계 유전자인 미토콘드리아 DNA(mtDNA)와 부계 유전자인 Y 염색체 단일염기다형성(Y-SNPs)을 분석했다. 14개의 염기서열은 13개의 하플로타입을 포함하고 있었으며, 이들은 9개의 하플로그룹에 속했다. 또한, 5명의 남성 개체의 Y-SNP 분석 결과, 이들은 N(M231)과 O3(M122) 하플로그룹에 할당되었다. 분석 결과, 하가점하층문화 인구는 주로 신석기 시대부터 이 지역에 거주해 온 북아시아 하플로그룹을 가진 사람들로 구성되었으며, 중원(中原)으로부터의 이주 흔적 또한 나타났다. 청동기 시대 후기에는 일부 인구가 추운 기후를 피해 남쪽으로 이동했으며, 이는 결국 중원의 유전자 풀에 영향을 미쳤다. 따라서 기후 변화는 청동기 시대 북중국에서 인구 이동을 유발한 중요한 요인으로 보인다. 이러한 결과는 외부로의 인구 이동에도 불구하고 지역 내 유전적 연속성이 크게 유지되었음을 시사한다. 하지만 복귀 이주(return migration)가 유전적 연속성에 미친 영향을 명확히 밝히기 위해서는 다른 고대 인구에 대한 추가 데이터가 필요하다.

Keywords: ancient DNA; Dadianzi site; genetic characteristics; Lower Xiajiadian culture
키워드: 고대 DNA; 대전자(大甸子) 유적; 유전적 특징; 하가점하층(夏家店下層) 문화

서문. Introduction

The Lower Xiajiadian culture (LXC) was a main branch of the bronze culture of northern China dating to 4500–3500 years ago and found mainly in the West Liao-River valley (Figure 1).

하가점하층문화(Lower Xiajiadian Culture, LXC)는 약 4,500–3,500년 전 북중국 청동기 문화의 주요 분파로, 주로 서요하 계곡에서 발견된다(그림 1).

Figure 1. Geographic location of the Dadianzi site.
그림1. 대전자(大甸子) 유적의 지리적 위치.

It was a flourishing civilization during a period characterized by a complex social structure, highly developed agricultural economy, distinctive painted pottery and elaborate artifacts.1 Its ethnic composition and the relationship with the Central Plain, an important site for Chinese civilization, has been the focus of multi-disciplinary research. The LXC was replaced abruptly by a totally different culture, the Upper Xiajiadian culture (UXC) between 2900–2700aBP.2 The UXC absorbed and inherited many of the strong characteristics of the Bronze Age cultures that developed in the steppes of northern China. As no archaeological sites with transitional links or intermediate forms have been found, the cause for the transition from farming back to a pasturing lifestyle in the prehistoric West Liao-River valley has been debated for more than a century. Of particular interest is to know whether population replacement or gene flow accompanied the cultural transition from the LXC to the UXC.

이 문화는 복잡한 사회 구조, 고도로 발달한 농업 경제, 독특한 채색 토기, 정교한 공예품으로 특징지어진 번영한 문명이었다. 이들의 민족 구성과 중국 문명의 중요한 중심지였던 중원(中原)과의 관계는 다학문적 연구의 주요 관심사였다. 하가점하층문화는 약 2,900–2,700년 전, 완전히 다른 성격을 가진 하가점상층문화(Upper Xiajiadian Culture, UXC)로 갑작스럽게 대체되었다. 하가점상층문화는 북중국 초원에서 발달한 청동기 시대 문화의 강한 특징들을 흡수하고 계승했다. 그러나 전환기적 연결고리나 중간적 형태를 가진 고고학적 유적이 발견되지 않아, 선사 시대 서요하 계곡에서 농경 생활에서 유목 생활로의 변화 원인은 한 세기 이상 논쟁의 대상이 되고 있다. 특히 주목할 점은, 하가점하층문화에서 하가점상층문화로의 문화적 전환이 인구 대체 또는 유전자 흐름을 수반했는지 여부이다.

The Dadianzi site, located in Chifeng, Inner Mongolian Autonomous Region of China was dated back about 3600 years by 14C testing. Cultural relics such as painted pottery jars, bronze wares and burial practices presented a typical Lower Xiajiadian cultural identity.3 As a rare well-preserved burial ground for the LXC, the Dadianzi site provides us with a valuable opportunity to solve the mysteries of the LXC using modern molecular tools.

대전자(大甸子) 유적은 중국 내몽고자치구(內蒙古自治區) 적봉시(赤峰市)에 위치하며, 탄소-14 연대 측정에 따르면 약 3,600년 전으로 추정된다. 이곳에서 발견된 채색 토기 항아리, 청동기 유물, 매장 풍습 등은 하가점하층문화(LXC)의 전형적인 특징을 보여준다. 대전자(大甸子) 유적은 하가점하층문화의 드물게 잘 보존된 묘지로, 현대 분자 생물학 도구를 활용해 하가점하층문화의 수수께끼를 풀 수 있는 귀중한 기회를 제공한다.

In this study, two uniparentally inherited markers, mitochondrial DNA (mtDNA) and Y-chromosome single-nucleotide polymorphisms (Y-SNPs), were analyzed on 14 human remains excavated from the Dadianzi site in order to study the genetic characteristics of the LXC population. By comparing the ancient Dadianzi DNA with that of ancient and extant populations in the West Liao-River valley, the Central Plain and other surrounding regions in Asia, we revealed the migration history and evaluated the genetic continuity in this area. This information will contribute to the understanding of chief factor(s) involved in the formation and transition of culture in this area.

본 연구에서는 대전자(大甸子) 유적에서 발굴된 14구의 인골을 대상으로 모계 유전자인 미토콘드리아 DNA(mtDNA)와 부계 유전자인 Y 염색체 단일염기다형성(Y-SNPs)을 분석하여 하가점하층문화(LXC) 인구의 유전적 특성을 연구했다. 대전자(大甸子) 유적의 고대 DNA를 서요하 계곡, 중원(中原), 그리고 아시아 주변 지역의 고대 및 현대 인구의 DNA와 비교한 결과, 이 지역의 이주 역사와 유전적 연속성을 밝혀냈다. 이러한 정보는 이 지역 문화의 형성과 전환에 영향을 미친 주요 요인을 이해하는 데 기여할 것이다.

재료 및 방법. Materials and methods

샘플. Samples

The Dadianzi site (42°18′ N, and 120°36′ E) is located in northeast China where the annual average temperature is 4 °C∼6 °C. The cold and dry climate is favourable for DNA conservation. Well-preserved molars were collected from 14 human remains for DNA analysis to minimize the possibility of modern DNA contamination. The archaeological and anthropological data of the ancient individuals are shown in Table 1.

대전자(大甸子) 유적(북위 42°18′, 동경 120°36′)은 중국 동북부에 있다. 이곳의 연평균 기온은 4°C에서 6°C 사이이다. 춥고 건조한 기후는 DNA 보존에 유리하다. 현대 DNA에 의한 오염 가능성을 최소화하기 위해, 14구의 인골에서 보존 상태가 좋은 어금니를 채취하여 DNA 분석에 사용했다. 분석 대상 인골들의 고고학적, 인류학적 정보는 표 1에 정리했다.

Table 1. Sampling information from the Dadianzi site
표 1. 대전자(大甸子) 유적의 시료 정보.

오염 방지 절차. Contamination precautions

In this study, standard contamination precautions were followed as closely as possible to ensure the accuracy and reliability of the results.4, 5 Isolated rooms were used for different experimental steps (three rooms for sample preparation, DNA extraction and PCR amplification). Pre-PCR and post-PCR procedures were thus carried out in separated areas, and strict cleaning procedures were performed by regular treatment with 10% liquid sodium hypochlorite and UV light (254 nm). Full-body protective clothing, facemasks and gloves (frequently changed) were used during all handling processes. All consumables, although purchased as DNA-free, were sterilized at 121 °C for 15 min, and reagents were further UV irradiated before use for at least 20 min. Extraction and amplification blank samples were included in every PCR assay as negative controls. To identify potential laboratory-based contamination, the mitochondrial hypervariable I sequences of all researchers were obtained and compared with those of the samples. In addition, only female researchers were involved in the pre-PCR procedures in the Y-SNP study, preventing possible contamination from modern Y-chromosome DNA.

이 연구에서는 결과의 정확성과 신뢰성을 확보하기 위해 표준 오염 방지 절차를 최대한 엄격하게 따랐다. 실험 단계별로 완전히 분리된 공간을 사용했다(시료 준비실, DNA 추출실, PCR 증폭실). PCR(유전자 증폭) 이전 과정과 이후 과정은 서로 다른 공간에서 진행했으며, 실험 공간은 10% 차아염소산나트륨 용액(소독용 락스 성분)과 자외선(254nm 파장)으로 정기적으로 소독하여 엄격한 청결을 유지했다. 실험 과정 내내 전신 방호복, 마스크, 장갑을 착용했고 장갑은 자주 교체했다. DNA가 없다고 표시된 소모품도 사용 전 121°C에서 15분간 고압 멸균했으며, 모든 시약은 사용 전 최소 20분간 자외선을 쬐었다. 모든 실험에는 시료가 없는 빈 샘플(음성 대조군)을 함께 두어 외부 DNA의 유입 여부를 확인했다. 실험실 연구원으로부터의 오염 가능성을 확인하기 위해, 모든 연구원의 미토콘드리아 DNA 염기서열을 확보하여 분석된 고대 시료의 DNA와 비교했다. 또한, Y염색체 연구의 경우 현대 남성 DNA에 의한 오염을 원천 차단하기 위해 PCR 이전의 모든 준비 과정은 여성 연구원만이 담당했다.

고대 DNA 추출, 증폭 및 정제. Ancient DNA extraction, amplification and purification

Teeth samples were immersed in 5% liquid sodium hypochlorite for 20 min, and washed using ultra-pure water and 100% alcohol. Each side of the tooth was then exposed to UV light for 30 min. The teeth were ground to fine powder in liquid nitrogen in a 6750 Freezer Mill (Spex SamplePrep, Metuchen, NJ, USA) and stored at −20 °C. Teeth powders (0.5 g) were incubated in 3 ml solution containing 0.45 M ethylenediaminetetraacetic acid, 0.5% SDS and 0.7 mg ml−1 Proteinase K at 50 °C in a shaker (220 r.p.m. min−1) for 24 h. DNA was extracted using the QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden, Germany) according to the manufacturer’s protocol.

치아 시료의 표면 오염을 제거하기 위해 5% 차아염소산나트륨 용액에 20분간 담근 후, 초순수와 100% 알코올로 세척했다. 그 후 치아의 각 면을 30분씩 자외선에 노출시켰다. 치아는 액체 질소 안에서 냉동 분쇄기를 이용해 고운 가루로 만든 뒤 -20°C에서 보관했다. 치아 가루 0.5g을 DNA 추출 용액 3ml에 넣고 50°C에서 24시간 동안 반응시켜 DNA를 녹여냈다. 이 용액에서 DNA만을 골라내기 위해 특정 정제 키트(QIAquick PCR Purification Kit)를 사용했다.

Two sets of overlapping primers were used to amplify the mtDNA HVS-I between positions 16 035–16 409 (Table 2). PCR amplification was carried out in 25 μl of a reaction mixture containing 2 μl extract, 1.5 × reaction buffer (Fermentas, Burlington, Canada), 1 U of Taq polymerase (Fermentas), 2.5 mM MgCl2 (Fermentas), 0.2 mM dNTP Mix (Promega, Madison, WI, USA), 0.8 mg ml−1 BSA (Takara, Da Lian, China) and 0.2 μM of each primer (Sangon, Shanghai, China). PCR conditions were: initial denaturizing at 94 °C for 4 min, followed by 33 cycles at 94 °C for 40 s, 52 °C∼54 °C for 45 s and 72 °C for 40 s, with a final extension of 10 min at 72 °C and 4 °C for storage. Amplification products were purified using the QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen)

이후, 미토콘드리아 DNA의 특정 구간(HVS-I)을 증폭하기 위해 두 쌍의 **프라이머(primer, DNA 복제를 시작할 지점을 지정하는 짧은 DNA 조각)**를 사용했다. **PCR(중합 효소 연쇄 반응)**이라는 기술을 이용해 이 구간의 DNA를 대량으로 복제했다. PCR은 94°C에서 DNA를 두 가닥으로 분리하고, 52~54°C에서 프라이머를 붙인 뒤, 72°C에서 DNA를 합성하는 과정을 33회 반복하는 방식으로 진행되었다. 증폭이 끝난 DNA는 겔 추출 키트를 사용하여 불순물을 제거하고 정제했다.

Table 2. All primers used in this study
표 2. 이 연구에 사용된 모든 프라이머.

 

Abbreviation: HVI, hypervariable 1.
약어: HVI, 초가변 1영역(hypervariable 1).

미토콘드리아 DNA 염기서열 분석 및 SNP 유형 분석. mtDNA sequencing and SNP typing

Amplification products were sequenced directly using the ABI 310 Terminator Sequencing Kit (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA) according to the manufacturer’s instructions. Sequence reaction products were analyzed on an ABI PRISM 310 automated DNA sequencer.

증폭된 DNA 조각(Amplification products)은 제조사의 사용 설명서에 따라 ABI 310 터미네이터 염기서열 분석 키트(Terminator Sequencing Kit)를 이용해 직접 염기서열을 분석했다. 이 염기서열 분석 반응을 마친 산물은 ABI PRISM 310 자동 DNA 염기서열 분석 장비로 분석했다.

To validate the mtDNA haplogroup, key SNPs of the mitochondrial coding regions were also typed. Seven sets of primers (for haplogroups M/N, D, D4, F, M7, M9 and Z) were used to amplify the mtDNA coding sequences by amplified product-length polymorphisms analysis.6, 7 Haplogroups A, G and M10 were typed by sequencing. The PCR reaction conditions were the same as those for the mitochondrial HVS-I amplification.

미토콘드리아 DNA(mtDNA) 하플로그룹(모계 혈통 그룹)을 검증하기 위해, 유전정보가 담긴 핵심 영역(coding regions)에 위치한 주요 단일염기다형성(SNP, 개인별 DNA 차이를 보여주는 표지)들도 유형을 분석했다. 하플로그roup M/N, D, D4, F, M7, M9, Z를 확인하기 위해 7종의 프라이머(primer, DNA 복제의 시작점)를 사용했으며, **증폭 산물 길이 다형성 분석(APLP)**이라는 기법으로 미토콘드리아의 핵심 영역을 증폭했다.6, 7 하플로그룹 A, G, M10은 염기서열을 직접 읽는 방식으로 유형을 결정했다. 이때의 PCR(유전자 증폭) 반응 조건은 앞서 설명한 미토콘드리아 HVS-I 구간을 증폭할 때와 동일했다.

성별 감식 및 Y염색체 SNP 유형 분석. Sex identification and Y-chromosome SNP typing

The amelogenin fragment was amplified using primers shown in Table 2 for sex determination in all samples, and male samples were chosen for further analysis. We screened all male samples with four bi-allelic markers (M89-F, M9-K, M214-NO and M45-P) that define the major branches on the Eurasian haplogroup tree.8, 9 Subsequent analysis was restricted to markers (M231-N, Tat-N1c, M175-O, M119-O1, M95-O2, M122-O3, M242-Q and M173-R) on the appropriate sub-branch of the haplogroup tree.8, 10 The PCR reaction conditions were the same as those for the mitochondrial HVS-I amplification, but the length of the PCR products was all around 100–130 bp. All primers are listed in Table 2.

모든 시료는 표 2에 나온 프라이머를 이용해 아멜로제닌(amelogenin) 유전자의 일부를 증폭하여 성별을 판별했다. 이 유전자는 X염색체와 Y염색체에서 길이가 약간 달라, 이를 확인하면 남성(XY)과 여성(XX)을 구분할 수 있다. 이 과정을 통해 남성으로 확인된 시료들만 Y염색체 분석 대상으로 삼았다. 우선 모든 남성 시료에 대해 유라시아 대륙 부계 혈통의 큰 줄기를 정의하는 4개의 핵심 표지(M89, M9, M214, M45)를 검사했다. 그 결과에 따라 각 시료가 속한 하위 그룹을 찾아가며 관련된 세부 표지들(M231-N, M122-O3 등)을 추가로 분석했다. 이 분석의 PCR 조건은 미토콘드리아 DNA 분석 때와 같았지만, 증폭된 DNA 조각의 길이는 모두 100~130bp(베이스페어, 염기쌍 단위) 내외로 짧게 설정했다. 사용된 모든 프라이머는 표 2에 정리했다.

PCR 산물의 복제. Cloning of PCR products

The mtDNA HVS-I products were cloned using the pGEM-T Easy Vector System I (Promega) according to the manufacturer’s instructions. The remains of eight individuals were randomly selected on which to perform cloning analysis. Six to ten clones from two independent amplifications were selected for automated DNA sequencing, using vector M13 primers. As damaged DNA or jumping PCR would not result in mistakes in the determination of Y-SNP alleles, we did not clone the PCR products of the Y-SNP.¹⁰

분석 결과의 신뢰도를 한 번 더 확인하기 위해, 미토콘드리아 HVS-I PCR 산물을 대상으로 **복제(cloning)**를 수행했다. 복제란 하나의 DNA 분자를 박테리아 등을 이용해 수많은 동일한 복사본으로 만드는 기술이다. 14구의 인골 중 8구를 무작위로 선택하여 복제 분석을 진행했다. 각 시료당 6개에서 10개의 복제된 DNA 조각을 얻어 염기서열을 다시 분석했다. 만약 고대 DNA가 손상되었거나 실험 오류가 있었다면 복제된 DNA들에서 서로 다른 염기서열이 나타날 수 있다. 이 검사를 통해 직접 시퀀싱한 결과가 정확함을 재확인했다. Y염색체 SNP 분석의 경우, 특정 위치의 표지(allele) 유무만 확인하면 되므로 손상된 DNA가 결과에 영향을 미칠 가능성이 낮아 별도의 복제 과정은 거치지 않았다.¹⁰

데이터 분석. Data analysis

Sequence alignments were analyzed using CLUSTAL X1.83 https://www.clustal.org/download/1.X/ftp-igbmc.u-strasbg.fr/pub/ClustalX/). Comparison of DNA sequence homology was performed with the Blast program from the National Center for Biotechnology Information. An analysis of the molecular variance was performed on the 393 bp HVS-I sequences (np spanning 16 017–16 409), using ARLEQUIN 3.11.11 Fst values were considered significantly different with P-values under the threshold of 0.05. All results obtained for the comparison between the Dadianzi population and each population of the database were graphically plotted on a map with Surfer v.8.0 (Golden Software, Golden, CO, USA), using the location of each population given in the corresponding study.

결과와 논의. Results and Discussion

염기서열 인증. Sequence authentication

Strict procedures and systematic controls were instituted to minimize the potential for exogenous DNA contamination. All the PCR controls as well as extraction controls yielded negative results. At least two extractions and two amplifications of different extractions were carried out on different teeth for each sample to assess the reproducibility of the results. All the sequences of the ancient individuals were confirmed to be different from those of the laboratory researchers (Supplementary Table S1). Correspondence of haplogroup inference was found between coding and control region data, and the sequencing of the clones further confirmed the results obtained by direct sequencing (Supplementary Table S2).

외부 DNA 오염 가능성을 최소화하기 위해 엄격한 절차와 체계적인 통제 방안을 마련했다. 모든 PCR 대조군과 추출 대조군에서는 음성 결과가 나타났다. 각 샘플에 대해 서로 다른 치아에서 최소 두 번의 추출 및 두 번의 증폭이 수행되어 결과의 재현성을 평가했다. 고대 개체의 모든 염기서열은 실험실 연구원의 염기서열과 다른 것으로 확인되었다(보충 표 S1). 코딩 영역과 대조 영역 데이터 간에 하플로그룹 추론의 일치가 확인되었으며, 클론의 염기서열 분석은 직접 염기서열 분석으로 얻어진 결과를 추가로 확인해 주었다(보충 표 S2).

An inverse correlation between the size of the PCR amplicons and the amplification efficiency for the samples (138 bp>209 bp >235 bp >363 bp) was found in this study. Molecular sex identification results were in accordance with morphological sex assignments (Table 1) providing confidence for the presence of endogenous nuclear DNA. In order to validate the results generated in our laboratory, human remains from two samples (S9 and S12) were sent to the ancient DNA laboratory of Fudan University for further analysis, and identical results were obtained. All of these independent safeguards and checks provide confidence that the data obtained with these ancient samples are authentic.

PCR 증폭 산물의 크기와 샘플의 증폭 효율 사이에는 역상관관계가 있음을 확인했다(138bp > 209bp > 235bp > 363bp). 분자적 성별 식별 결과는 형태학적 성별 판정과 일치했으며(표 1), 이는 내생 핵 DNA의 존재에 대한 신뢰를 높였다. 연구 결과의 타당성을 검증하기 위해, 두 샘플(S9 및 S12)의 인골을 푸단대학교(Fudan University) 고대 DNA 연구소로 보내 추가 분석을 의뢰한 결과 동일한 결과가 도출되었다. 이러한 독립적인 안전 장치와 검증 절차는 이 고대 샘플들로부터 얻어진 데이터가 신뢰할 수 있음을 뒷받침한다.

mtDNA와 Y-SNP 분석. mtDNA and Y-SNP analysis

Reproducible sequences were obtained from all 14 individual remains. The 393 bp fragments of the mtDNA HVS-I were compared with the revised Cambridge Reference Sequence.[12] There was a total of 23 polymorphic sites, including 22 transitions and 1 transversion (16 232 C → A). Based on the HVS-I and coding region data combined with the eastern Eurasian mtDNA classification tree,[7, 13, 14] the 14 sequences, which contained 13 haplotypes, were assigned to 9 haplogroups (Table 3). The dominant haplogroup in the Dadianzi people was D4 shared by five individuals who were associated with four different haplotypes. The other haplotype belonging to haplogroup D in the Dadianzi population was designated as D5 by the mutation at site 16 189 (T to C). The haplogroup M7c included two haplotypes, which were shared by two individuals in ancient Dadianzi people. The other haplogroups, including A4, F1b, G1a, M9a, M10 and M8z, were each present in one individual.

재현 가능한 염기서열이 14구의 인골 모두에서 얻어졌다. 미토콘드리아 DNA(mtDNA) HVS-I의 393bp 단편은 개정된 케임브리지 기준 염기서열(Revised Cambridge Reference Sequence)과 비교되었다[12]. 총 23개의 다형성 부위가 확인되었으며, 이 중 22개는 전이(transitions), 1개는 전환(transversion)으로 나타났다(16 232 C → A). HVS-I와 코딩 영역 데이터를 동아시아 유라시아 mtDNA 분류 계통수와 결합하여 분석한 결과[7, 13, 14], 14개의 염기서열(13개의 하플로타입 포함)이 9개의 하플로그룹에 속하는 것으로 확인되었다(표 3). 대전자(大甸子) 인구에서 우세한 하플로그룹은 D4로, 다섯 명의 개인이 네 가지 서로 다른 하플로타입으로 나뉘어 있었다. 하플로그룹 D에 속하는 또 다른 하플로타입은 16 189 위치(T → C)의 돌연변이에 의해 D5로 지정되었다. 하플로그룹 M7c는 두 개의 하플로타입을 포함했으며, 이는 고대 대전자(大甸子) 인구의 두 명이 공유하고 있었다. A4, F1b, G1a, M9a, M10 및 M8z를 포함한 다른 하플로그룹들은 각각 한 명씩의 개인에게 나타났다.

[12] Andrews, R. M., Kubacka, I., Chinnery, P. F., Lightowlers, R. N., Turnbull, D. M. & Howell, N. Reanalysis and revision of the Cambridge reference sequence for human mitochondrial DNA. Nat. Genet. 23, 147 (1999).
[7]   Yao, Y. G., Kong, Q. P., Wang, C. Y., Zhu, C. L. & Zhang, Y. P. Different matrilineal contributions to genetic structure of ethnic groups in the silk road region in china. Mol. Biol. Evol. 21, 2265–2280 (2004).
[13] Kivisild, T., Tolk, H. V., Parik, J., Yiming, Wang., Papiha, S.S., Bandelt, H. J. et al. The emerging limbs and twigs of the East Asian mtDNA tree. Mol. Biol. Evol. 19, 1737–1751 (2002).
[14] Kong, Q. P., Kivisild, T., Tolk, H. V., Parik, J., Wang, Y., Papiha, S. S. et al. Mitochondrial DNA sequence polymorphisms of five ethnic populations from northern China. Hum. Genet. 113, 391–405 (2003).

Seven male samples were chosen for Y chromosome SNPs among the 14 individuals. Three samples (S1, S2 and S13) exhibited the mutations M89C → T, M9C → G, M214T → C and M231G → A, which were attributed to haplogroup N ( × N1C). Two samples (S8 and S12) exhibited the mutations: M89C → T, M9C → G, M175-5 bp del and M122T → C, belonging to haplogroup O3 (M122). We failed to obtain any product from two samples (S5 and S14) (Table 3).

14개의 샘플 중 7개의 남성 샘플을 선택하여 Y 염색체 SNP를 분석했다. 이 중 세 샘플(S1, S2, S13)은 M89C → T, M9C → G, M214T → C, M231G → A의 돌연변이를 나타내었으며, 이는 하플로그룹 N(× N1C)에 속하는 것으로 확인되었다. 두 샘플(S8, S12)은 M89C → T, M9C → G, M175-5 bp 결실 및 M122T → C의 돌연변이를 나타내었으며, 하플로그룹 O3(M122)에 속했다. 두 샘플(S5, S14)에서는 PCR 증폭 산물이 얻어지지 않았다(표 3).

Table 3. Nucleotide changes of mtDNA and Y-SNP in the 14 Dadianzi specimens
표 3. 대전자(大甸子) 14개 샘플에서 확인된 mtDNA 및 Y-SNP의 염기서열 변화

하가점하층문화(LXC) 인구의 유전적 특성. Genetic characteristics of the LXC population

Due to its particular geographic location, the West Liao-River valley was a contact zone between northern steppe tribes and the Central Plain farming population. The formation and development of the LXC population was likely a complex process affected by admixture of ethnically different people. An archaeological study showed that the shapes and decorative patterns of ancient painted potteries were influenced by the Erlitou culture, which existed just before the LXC time in the Central Plain.[15] Moreover, the climate of the West Liao-River valley was warmer at the beginning of the Early Bronze Age and was suitable for agricultural development, which may be one of the driving forces for the northward migration of the Central Plains farming population.

서요하 계곡은 그 독특한 지리적 위치로 인해 북방 초원 부족과 중원(中原) 농경 인구 간의 접촉 지대였다. 하가점하층문화(LXC) 인구의 형성과 발전은 서로 다른 민족 간의 혼합에 의해 영향을 받은 복잡한 과정이었을 가능성이 높다. 고고학 연구에 따르면, 고대 채색 토기의 형태와 장식 무늬는 LXC 이전 중원에서 존재했던 이리두(二里頭) 문화의 영향을 받은 것으로 나타났다[15]. 또한, 초기 청동기 시대에 서요하 계곡의 기후는 더 따뜻하여 농업 발전에 적합했으며, 이는 중원 농경 인구의 북상 이동을 유발한 주요 요인 중 하나였을 가능성이 있다.

[15] Qin, X. L. Research on the Evolution of the Pottery from the Erlitou to the Erligang Cultures in Southwestern Shanxi. Archaeology 2, 56–72 (2006).

In the present study, mtDNA profiles of the Dadianzi population suggested that they were mainly comprised of northeast Asian predominant haplogroups such as A, D, G and M9a. Some haplogroups widespread in Northern and Eastern Asia such as M7c, F1b and M8 were also detected (Table 4). In China, there is a distinct north–south geographic genetic cline for maternal lineages.[16] The Central Plain, as the name suggests, is located in the middle of China and hence possesses both northern and southern dominant haplogroups at medium frequencies, except for haplogroup M10 where ancient and extant Central Plain population show that M10 has the highest frequency in this area (Table 4). Haplogroup M10 also occurs at a high frequency in the West Liao-River valley in modern times (5.9%) as well as in the ancient population in the present study (7.2%), but it is rarely found in other places of China. It is worth noting that M10 appeared at an extremely high frequency (28.0%) in the ancient Taoshi population, which existed in the Central Plain 4500 years ago.[17] Therefore, we deduce that the ancient population living in the West Liao-River valley experienced immigration from the Central Plain increasing genetic diversity of populations in this region.

본 연구에서 대전자(大甸子) 인구의 mtDNA 분석 결과, 이들이 주로 북동아시아에서 우세한 하플로그룹(A, D, G, M9a)으로 구성되었음을 보여주었다. 또한, 북아시아와 동아시아에 널리 분포한 하플로그룹(M7c, F1b, M8)도 확인되었다(표 4). 중국에서는 모계 계통의 유전적 구성이 뚜렷한 남북 지리적 경향을 보인다[16]. 중원(中原)은 이름에서 알 수 있듯이 중국의 중심부에 위치해 있어 북방과 남방의 우세 하플로그룹이 중간 빈도로 나타난다. 그러나 하플로그룹 M10은 고대와 현대 중원 인구에서 가장 높은 빈도를 보이는 예외적인 사례이다(표 4). M10은 현대 서요하 계곡 인구(5.9%)와 본 연구의 고대 인구(7.2%)에서도 높은 빈도로 나타났으나, 중국의 다른 지역에서는 드물게 발견된다. 특히 약 4,500년 전 중원에 존재했던 도사(陶寺) 인구에서는 M10이 매우 높은 빈도(28.0%)로 나타난 점이 주목된다[17]. 따라서 우리는 서요하 계곡에 거주했던 고대 인구가 중원으로부터의 이주를 경험했으며, 이로 인해 이 지역 인구의 유전적 다양성이 증가했을 것으로 추정한다.

[16] Xue, F., Wang, Y., Xu, S., Zhang, F., Wen, B., Wu, X. et al. A spatial analysis of genetic structure of human populations in China reveals distinct difference between maternal and paternal lineages. Eur. J. Hum. Genet. 16, 705–717 (2008).
[17] Zhang, Y. J., He, N. & Zhang, F. The racial type of the Middle-Later Phases of the Taosi Culture of Shanxi. Acta. Anthropologica. Sinica 28, 363–371 (2009).

Table 4. Haplogroup frequency distribution in the Dadianzi population and the 17 Eurasian reference populations

표 4. 대전자(大甸子) 인구와 17개 유라시아 참조 인구의 하플로그룹 빈도 분포

Determinations of the Y haplogroups gave further support to the conclusion above. The Dadianzi population contains two Y haplogroups, N (M231) and O3 (M122). Haplogroup N has a wide geographic distribution throughout northern Eurasia and is absent or only occasionally observed in more southerly areas.[18, 19] By contrast, the haplogroup O3 (M122) is dominant among populations of East Asian and Southeast Asian populations, especially in the Chinese Han population with an average frequency of 52.3%.[20] Y-SNPs analysis of prehistoric people (6400–3100 BP) along the Yangtze River showed that 65% of ancient individuals belonged to the haplogroup O3.[10] As with the maternal genetic data, these Y chromosome results indicate that, aside from the Northern lineage (haplogroup N), the Dadianzi population likely received the haplogroup O3 from immigrations from the south, most likely from the Central Plain. Intriguingly, there was an individual (S12) in the Dadianzi population who possessed both the northern maternal lineage (D4) and southern paternal lineage (O3-M122), suggesting that there was genetic admixture from the Central Plain during the Dadianzi time.

Y 하플로그룹 분석 결과는 앞선 결론을 더욱 뒷받침한다. 대전자(大甸子) 인구는 두 개의 Y 하플로그룹, N(M231)과 O3(M122)를 포함하고 있었다. 하플로그룹 N은 북유라시아 전역에 널리 분포하며, 남쪽 지역에서는 거의 나타나지 않거나 드물게 관찰된다[18, 19]. 반면, 하플로그룹 O3(M122)는 동아시아와 동남아시아 인구, 특히 평균 52.3% 빈도로 나타나는 중국 한족(漢族) 인구에서 우세하게 발견된다[20]. 양자강 유역에서 선사 시대(약 6,400–3,100년 전) 인구를 대상으로 한 Y-SNP 분석에서는 65%의 고대 개체가 하플로그룹 O3에 속한 것으로 나타났다[10]. However, studies on the ancient Xiongnu, Siberian and Mongolian populations indicated that the dominant haplogroups were C, N, Q and R, while haplogroup O3 was found at quite a low frequency.[19, 21, 22] 그러나 고대 흉노(匈奴), 시베리아, 몽골 인구를 대상으로 한 연구에서는 C, N, Q, R 하플로그룹이 우세했으며, O3는 매우 낮은 빈도로 확인되었다[19, 21, 22]. 모계 유전 데이터와 마찬가지로, 이러한 Y 염색체 결과는 북방 계통(haplogroup N) 외에도 대전자(大甸子) 인구가 남방, 특히 중원(中原)으로부터의 이주를 통해 하플로그룹 O3를 받아들였음을 시사한다. 흥미롭게도, 대전자(大甸子) 인구 중 한 개인(S12)은 북방 모계 계통(D4)과 남방 부계 계통(O3-M122)을 모두 가지고 있었으며, 이는 대전자(大甸子) 시기에 중원으로부터의 유전적 혼합이 이루어졌음을 보여준다.

[18] Karafet, T., Xu, L., Du, R., Wang, W., Feng, S., Wells, R. S. et al. Paternal population history of East Asia: sources, patterns, and microevolutionary processes. Am. J. Hum. Genet. 69, 615–628 (2001).
[19] Derenko, M., Malyarchuk, B., Denisova, G, Wozniak, M, Grzybowski, T, Dambueva, I et al. Y-chromosome haplogroup N dispersals from south Siberia to Europe. J. Hum. Genet. 52, 763–770 (2007).
[20] Ke, Y., Su, B., Xiao, J., Chen, H., Huang, W., Chen, Z. et al. Y-chromosome haplotype distribution in Han Chinese populations and modern human origin in East Asians. Sci. China. C. Life. Sci. 44, 225–232 (2001).
[10] Li, H., Huang, Y., Mustavich, L. F., Zhang, F, Tan, J. Z., Wang, L. E. et al. Y chromosomes of prehistoric people along the Yangtze River. Hum. Genet. 122, 383–388 (2007).
[19] Derenko, M., Malyarchuk, B., Denisova, G, Wozniak, M, Grzybowski, T, Dambueva, I et al. Y-chromosome haplogroup N dispersals from south Siberia to Europe. J. Hum. Genet. 52, 763–770 (2007).
[21] Keyser-Tracqui, C., Crubezy, E., Pamzsav, H., Varga, T. & Ludes, B. Population origins in Mongolia: genetic structure analysis of ancient and modern DNA. Am. J. Phys. Anthropol. 131, 272–281 (2006).
[22] Kim, K., Brenner, C. H., Mair, V. H., Lee, K. H., Kim, J. H., Gelegdorj, E. et al. A western Eurasian male is found in 2000-year-old elite Xiongnu cemetery in Northeast Mongolia. Am. J. Phys. Anthropol. 142, 429–440 (2010).

청동기 시대 이후 서요하 계곡의 유전적 연속성. Genetic continuity in the West Liao-River valley from the Bronze Age

As the archaeological culture was replaced by the nomadic UXC and no transitional types have been found, there is much speculation about what happened to the LXC people. Two hypotheses have been proposed to explain the whereabouts of the LXC people.

고고학적 문화가 유목 중심의 하가점상층문화(UXC)로 대체되고 전환기의 중간 유형이 발견되지 않으면서, 하가점하층문화(LXC) 사람들이 어떻게 되었는지에 대해 많은 추측이 제기되었다. 이를 설명하기 위해 두 가지 가설이 제안되었다.

(1) Between 2900–2700aBP, based on pollen analysis as a record of climate change,[23] temperatures suddenly dropped resulting in a cold climate. Thus, the people of the LXC, who were engaged in agriculture, were forced to migrate south and were replaced by nomadic populations from the northern steppe.

(1) 약 2,900–2,700년 전, 화분 분석을 기반으로 한 기후 변화 기록에 따르면[23], 온도가 급격히 떨어져 한랭한 기후가 형성되었다. 이에 따라 농경에 종사하던 LXC 사람들이 남쪽으로 이주할 수밖에 없었고, 북방 초원 지역의 유목 인구가 이들을 대체했다는 것이다.

[23] Zhu, Y., Chen, F. H., J. W.,, Z . & An, C. B. A discussion on the effects of deteriorated environment event on the neolithic culture of China, around 5 000 a BP. Progress Geography 111–121 (2001).

(2) The ancient people learned to change their method of subsistence from farming back to a pasture-based lifestyle and adapt to the colder climate. Culture exchange with nomadic people to the north was responsible for the transition back to pastoralism. To investigate whether the LXC ancestral genetic components extended to the extant population of the West Liao-River valley, we compared all the haplotypes found in the Dadianzi population with the ancient and extant populations in Liaoxi and Asia. Figure 2 illustrates the current and past distributions of all the mtDNA haplotypes of our ancient LXC samples. The distribution of ancient DDZ mtDNA haplotypes were mainly concentrated in the West Liao-River valley but were also distributed widely in the surrounding areas, especially in the Central Plain. For the UXC, only five individuals belonged to the A, D, M8 and M* haplogroups, which were also found in the LXC population, but we found no sharing of haplotypes with the Dadianzi people.[24]

(2) 고대 인구가 농경 생활에서 목축 기반의 생활 방식으로 전환하고, 더 추운 기후에 적응하는 법을 배웠다는 것이다. 북쪽 유목 인구와의 문화 교류가 목축 생활로의 전환을 촉진했을 가능성이 제기되었다. LXC 조상의 유전적 구성 요소가 현대 서요하 계곡 인구에까지 이어졌는지 조사하기 위해, 대전자(大甸子) 인구에서 발견된 모든 하플로타입을 요서(遼西)와 아시아의 고대 및 현대 인구와 비교했다. 그림 2는 LXC 고대 샘플에서 발견된 mtDNA 하플로타입의 과거 및 현재 분포를 보여준다. 고대 대전자(mtDNA) 하플로타입의 분포는 주로 서요하 계곡에 집중되었지만, 주변 지역 특히 중원(中原)에서도 광범위하게 나타났다. 한편, 하가점상층문화(UXC) 인구에서는 A, D, M8, M* 하플로그룹에 속하는 단 5명이 확인되었으며, 이 하플로그룹은 LXC 인구에서도 발견되었다. 그러나 UXC 인구와 대전자(大甸子) 인구 간에 하플로타입을 공유하는 사례는 발견되지 않았다.[24]

[24] Chang, E. Ancient DNA Analysis of Human Remains before Qin Dynasty in the Great Wall Belt in Inner Mongolia (Jilin University, Chang Chun, China, 2008).

Figure 2. Geographic distribution of the populations shared by each DDZ haplotype. Every dot represents an extant individual, and each triangle represents an ancient individual.

그림 2. 각 대전자(DDZ) 하플로타입과 공유되는 인구의 지리적 분포. 각 점은 현대 개인을, 각 삼각형은 고대 개인을 나타낸다.

The population pairwise Fst comparison of maternal DNA showed that populations inhabiting the Central Plain presented the lowest genetic divergence, compared with other people in Northeast Asia (Figure 3), such as the Korean and Mongolian populations. A similar close relationship with the Dadianzi population also existed in the Buryats.19 High divergences were identified in the south and southeastern areas of China, such as Guangdong and Guangxi, and in minor ethnic populations as well as in the western regions such as Jiangxi and Tibet.

모계 DNA에 대한 인구 쌍별 고정지수 비교 결과, 중원(中原)에 거주했던 인구는 동북아시아의 다른 인구(예: 한국 및 몽골 인구)와 비교했을 때 가장 낮은 유전적 분화를 보였다(그림 3). 대전자(大甸子) 인구와 유사한 밀접한 관계는 부랴트족에서도 확인되었다. 반면, 광둥(廣東), 광서(廣西)와 같은 중국 남부 및 동남부 지역, 소수 민족 집단, 그리고 강서(江西)와 티베트 같은 서부 지역에서는 높은 유전적 분화가 나타났다.

Figure 3. Map of Fst values obtained from the pairwise comparisons of the DDZ maternal lineages with those of ancient and extant populations in surrounding areas of Asia.
The dark colour scale represents the Fst values calculated between the mtDNA data of the DDZ population and the populations of interest from the geographic location, which are represented by numbers in the map. 1: Dadianzi (this study); 2: Gansu; 3: Dalian; 4: Chifeng; 5: Xining; 6: Xian; 7: Hefei; 8: Changding; 9: Tianlin; 10: Changsha; 11: Nanjing; 12: Nanchang; 13: Shanghai; 14: Weicheng; 15: Huizhe; 16: Hangzhou;27 17: Fengcheng; 18: Qingdao; 19: Uraqi; 20: Zhanjiang; 21: Wuhan; 22: Kunming;28 23: Taian;29 24: Oroqen; 25: Ewenki;29 26: Mongolian; 27: Buryat; 28: Yakut; 29: Khamnigan; 30: Korean; 31: Tuvinia; 32: Altaian-Kizhi; 33: Shor; 34: Telenghit; 35: Khakassian; 36: Teleut; 37: Evenki;19 38: Ulchi; 39: Udegey; 40: Negidel;30 41: Taiyuan;13 42: Guangzhou;13 43: Henan; 44: Hebei.31 A full color version of this figure is available at the Journal of Human Genetics journal online.

그림 3. 아시아 주변 지역 고대 및 현대 인구와 대전자(DDZ) 모계 계통의 쌍별 고정지수 값을 비교하여 얻은 지도.
짙은 색조는 대전자(大甸子) 인구의 mtDNA 데이터와 해당 지리적 위치에서 관심 있는 인구 간의 고정지수 값(유전적 분화도)을 나타낸다. 지도에 표시된 숫자는 다음 지역을 나타낸다.
1: 대전자(Dadianzi, 본 연구); 2: 감숙(Gansu); 3: 대련(Dalian); 4: 적봉(Chifeng); 5: 서령(Xining); 6: 서안(Xian); 7: 합비(Hefei); 8: 장정(Changding); 9: 천림(Tianlin); 10: 장사(Changsha); 11: 남경(Nanjing); 12: 남창(Nanchang); 13: 상해(Shanghai); 14: 위성(Weicheng); 15: 후이저(Huizhe); 16: 항주(Hangzhou);27 17: 풍성(Fengcheng); 18: 청도(Qingdao); 19: 우라치(Uraqi); 20: 참강(Zhanjiang); 21: 무한(Wuhan); 22: 곤명(Kunming);28 23: 태안(Taian);29 24: 오로첸(Oroqen); 25: 어원크(Ewenki);29 26: 몽골(Mongolian); 27: 부랴트(Buryat); 28: 야쿠트(Yakut); 29: 캄니간(Khamnigan); 30: 한국(Korean); 31: 투바(Tuvinia); 32: 알타이-키지(Altaian-Kizhi); 33: 쇼르(Shor); 34: 텔렝기트(Telenghit); 35: 하카스(Khakassian); 36: 텔레우트(Teleut); 37: 에벤키(Evenki);19 38: 울치(Ulchi); 39: 우데게이(Udegey); 40: 네기델(Negidel);30 41: 태원(Taiyuan);13 42: 광주(Guangzhou);13 43: 하남(Henan); 44: 하북(Hebei).31 이 그림의 컬러 버전은 《인류유전학저널(Journal of Human Genetics)》 온라인에서 확인할 수 있다.

Combining the genetic characteristics and Fst comparisons of ancient and extant populations in the West Liao-River valley, we found no significant difference between the two populations in different historical periods. These findings pointed to the genetic continuity in this area after the early Bronze Age. However, due to the insufficient ancient population data for the UXC and other historic periods in this area, we cannot rule out the possibility that the genetic continuity was generated by returning migrant populations. Nevertheless, the distribution of shared haplotypes and low genetic divergence between the LXC and the Central Plain populations suggested that part of the Dadianzi population migrated to the south, likely due to the cooling climate, and these southwardly migrating LXC people contributed to the gene pool of the Central Plain in the Bronze Age. This viewpoint has been supported by archaeological evidence. Among the Yin Ruins relics of Shang Dynasty, which was built in the Central Plain during 3600–3050aBP, a large proportion of artifacts with northern cultural influences were identified.25 Furthermore, some archaeologists have even maintained that the ancestor tribe of the Shang Dynasty included part of the southward migrating population from the Yan Mountain and West Liao-River valley.[26]

고대와 현대 서요하 계곡 인구의 유전적 특성과 고정지수 비교를 종합한 결과, 서로 다른 역사적 시기의 두 인구 간에 유의미한 차이가 발견되지 않았다. 이는 초기 청동기 시대 이후 이 지역에서 유전적 연속성이 유지되었음을 시사한다. 그러나 하가점상층문화(UXC)와 이 지역의 다른 역사적 시기에 대한 고대 인구 데이터가 충분하지 않기 때문에, 이러한 유전적 연속성이 되돌아온 이주 인구에 의해 형성되었을 가능성을 완전히 배제할 수는 없다. 그럼에도 불구하고, 공유된 하플로타입의 분포와 하가점하층문화(LXC)와 중원(中原) 인구 간의 낮은 유전적 분화는, 대전자(大甸子) 인구 일부가 기후 냉각으로 인해 남쪽으로 이주했으며, 이 남하한 LXC 인구가 청동기 시대 중원의 유전자 풀에 기여했을 가능성을 시사한다. 이러한 관점은 고고학적 증거로도 뒷받침된다. 중원에서 약 3,600–3,050년 전에 건설된 상(商) 왕조 은허(殷墟) 유적에서는 북방 문화의 영향을 받은 유물이 다수 발견되었다[25]. 더욱이, 일부 고고학자들은 상 왕조의 선조 부족이 연산(燕山)과 서요하 계곡에서 남하한 인구의 일부를 포함한다고 주장하기도 했다[26].

[25] Derenko, M., Malyarchuk, B., Grzybowski, T., Denisova, G., Dambueva, I., Perkova, M. et al. Phylogeographic analysis of mitochondrial DNA in northern Asian populations. Am. J. Hum. Genet. 81, 1025–1041 (2007).
[26] Han, J. Q. The Study on Northern Cultural Factors in the Central Plain’s Culture in Period of Xia Dynasty, Yin Dynasty and the Western Zhou Dynasty (Jilin University, Chang Chun, China, 2009).

결론. Conclusions

Without major geographic barriers, population movement and cultural exchanges have been continuously occurring in the West Liao-River valley located between the northern steppe and Central Plain. Based on our analysis in this study, the main part of the LXC population of northern China was comprised of people carrying the haplogroup of northern Asians who had lived in this region since the Neolithic period, as well as genetic components due to immigration from the Central Plain. Climate change was a key factor in population migration in this area, as part of this population moved south later in the Bronze Age in response to a cooling climate, ultimately affecting the gene pool in the Central Plain. Although the local genetic continuity did not seem to be affected by people migrating out of the region, more data particularly from the UXC population are needed to determine whether returning migration was relevant to this genetic continuity.

지리적 장벽이 크게 없었던 서요하 계곡은 북방 초원과 중원(中原) 사이에 위치해 있어 인구 이동과 문화 교류가 지속적으로 이루어졌다. 본 연구의 분석에 따르면, 중국 북부 하가점하층문화(LXC) 인구의 주된 구성은 신석기 시대부터 이 지역에 거주했던 북아시아 하플로그룹을 가진 사람들과 중원에서 유입된 유전적 요소로 이루어져 있었다. 기후 변화는 이 지역 인구 이동의 중요한 요인으로, 청동기 시대 후기에 일부 인구가 기후 냉각에 대응하여 남쪽으로 이동했고, 이는 결국 중원의 유전자 풀에 영향을 미쳤다. 비록 이 지역을 떠난 인구 이동이 지역 유전적 연속성에 큰 영향을 미치지 않은 것으로 보이나, 이러한 유전적 연속성이 되돌아온 이주와 관련이 있는지 확인하기 위해서는 특히 하가점상층문화(UXC) 인구에 대한 추가 데이터가 필요하다.

References

1. Tian, G. Form of the social development of the Lower Xiajiadian Culture Period in the West Liaohe River Valley. Archaeology3, 45–52 (2006). Google Scholar
2. Li, G. & Gao, M. Study on the several questions of Xiajiadian Culture. J Liaoning University(Philosophy and Social Science Edition)5, 50–56 (1984). CAS Google Scholar

3. Liu, G. Summary of DADIANZI cemetery in Chifeng City, Inner Mongolia. Archaeology4, 304–309 (1992). Google Scholar

4. Paabo, S., Poinar, H., Serre, D., Viviane, J. D., Hebler, J., Rohland, N . et al. Genetic analyses from ancient DNA.  Rev. Genet.38, 645–679 (2004). Article Google Scholar

5. Cooper, A. & Poinar, H. N. Ancient DNA: do it right or not at all. Science289, 1139 (2000). Article CAS Google Scholar

6. Umetsu, K., Tanaka, M., Yuasa, I., Adachi, N., Miyoshi, A., Kashimura, S. et al. Multiplex amplified product-length polymorphism analysis of 36 mitochondrial single-nucleotide polymorphisms for haplogrouping of East Asian populations. Electrophoresis26, 91–98 (2005). Article CAS Google Scholar

7. Yao, Y. G., Kong, Q. P., Wang, C. Y., Zhu, C. L. & Zhang, Y. P. Different matrilineal contributions to genetic structure of ethnic groups in the silk road region in china.  Biol. Evol.21, 2265–2280 (2004). Article CAS Google Scholar

8. Karafet, T. M., Mendez, F. L., Meilerman, M. B., Underhill, P. A., Zegura, S. L. & Hammer, M. F. New binary polymorphisms reshape and increase resolution of the human Y chromosomal haplogroup tree.  Res.18, 830–838 (2008). Article CAS Google Scholar

9. Hammer, M. F. The Y Chromosome Consortium. A nomenclature system for the tree of human Y-chromosomal binary haplogroups.  Res.12, 339–348 (2002). Article Google Scholar

10. Li, H., Huang, Y., Mustavich, L. F., Zhang, F, Tan, J. Z., Wang, L. E. et al. Y chromosomes of prehistoric people along the Yangtze River.  Genet.122, 383–388 (2007). Article Google Scholar

11. Excoffier, L., Laval, G. & Schneider, S. Arlequin (version 3.0): an integrated software package for population genetics data analysis.  Bioinform. Online.1, 47–50 (2005). Article CAS Google Scholar

12. Andrews, R. M., Kubacka, I., Chinnery, P. F., Lightowlers, R. N., Turnbull, D. M. & Howell, N. Reanalysis and revision of the Cambridge reference sequence for human mitochondrial DNA.  Genet.23, 147 (1999). Article CAS Google Scholar

13. Kivisild, T., Tolk, H. V., Parik, J., Yiming, Wang., Papiha, S.S., Bandelt, H. J. et al. The emerging limbs and twigs of the East Asian mtDNA tree.  Biol. Evol.19, 1737–1751 (2002). Article CAS Google Scholar

14. Kong, Q. P., Kivisild, T., Tolk, H. V., Parik, J., Wang, Y., Papiha, S. S. et al. Mitochondrial DNA sequence polymorphisms of five ethnic populations from northern China.  Genet.113, 391–405 (2003). Article CAS Google Scholar

15. Qin, X. L. Research on the Evolution of the Pottery from the Erlitou to the Erligang Cultures in Southwestern Shanxi. Archaeology2, 56–72 (2006). Google Scholar

16. Xue, F., Wang, Y., Xu, S., Zhang, F., Wen, B., Wu, X. et al. A spatial analysis of genetic structure of human populations in China reveals distinct difference between maternal and paternal lineages.  J. Hum. Genet.16, 705–717 (2008). Article CAS Google Scholar

17. Zhang, Y. J., He, N. & Zhang, F. The racial type of the Middle-Later Phases of the Taosi Culture of Shanxi.  Anthropologica. Sinica28, 363–371 (2009). Google Scholar

18. Karafet, T., Xu, L., Du, R., Wang, W., Feng, S., Wells, R. S. et al. Paternal population history of East Asia: sources, patterns, and microevolutionary processes.  J. Hum. Genet.69, 615–628 (2001). Article CAS Google Scholar

19. Derenko, M., Malyarchuk, B., Denisova, G, Wozniak, M, Grzybowski, T, Dambueva, I et al. Y-chromosome haplogroup N dispersals from south Siberia to Europe.  Hum. Genet.52, 763–770 (2007). Article Google Scholar

20. Ke, Y., Su, B., Xiao, J., Chen, H., Huang, W., Chen, Z. et al. Y-chromosome haplotype distribution in Han Chinese populations and modern human origin in East Asians.  China. C. Life. Sci.44, 225–232 (2001). Article CAS Google Scholar

21. Keyser-Tracqui, C., Crubezy, E., Pamzsav, H., Varga, T. & Ludes, B. Population origins in Mongolia: genetic structure analysis of ancient and modern DNA.  J. Phys. Anthropol.131, 272–281 (2006). Article Google Scholar

22. Kim, K., Brenner, C. H., Mair, V. H., Lee, K. H., Kim, J. H., Gelegdorj, E. et al. A western Eurasian male is found in 2000-year-old elite Xiongnu cemetery in Northeast Mongolia.  J. Phys. Anthropol.142, 429–440 (2010). Article Google Scholar

23. Zhu, Y., Chen, F. H., J. W.,, Z . & An, C. B. A discussion on the effects of deteriorated environment event on the neolithic culture of China, around 5 000 a BP. Progress Geography111–121 (2001).
24. Chang, E. Ancient DNA Analysis of Human Remains before Qin Dynasty in the Great Wall Belt in Inner Mongolia(Jilin University, Chang Chun, China, 2008). Google Scholar

25. Derenko, M., Malyarchuk, B., Grzybowski, T., Denisova, G., Dambueva, I., Perkova, M. et al. Phylogeographic analysis of mitochondrial DNA in northern Asian populations.  J. Hum. Genet.81, 1025–1041 (2007). Article CAS Google Scholar

26. Han, J. Q. The Study on Northern Cultural Factors in the Central Plain’s Culture in Period of Xia Dynasty, Yin Dynasty and the Western Zhou Dynasty(Jilin University, Chang Chun, China, 2009). Google Scholar

27. Huang, Z. Y. The Shang culture originated in northern China from Archaeological Discoveries. Northern Culturalrelics21, 14–19 (1990). Google Scholar

28. Wen, B., Li, H., Lu, D., Song, X., Zhang, F., He, Y. et al. Genetic evidence supports demic diffusion of Han culture. Nature431, 302–305 (2004). Article CAS Google Scholar

29. Yao, Y. G., Kong, Q. P., Bandelt, H. J., Kivisild, T. & Zhang, Y. P. Phylogeographic differentiation of mitochondrial DNA in Han Chinese.  J. Hum. Genet.70, 635–651 (2002). Article CAS Google Scholar

30. Yao, Y. G., Kong, Q. P., Man, X. Y., Bandelt, H. J. & Zhang, Y. P. Reconstructing the evolutionary history of China: a caveat about inferences drawn from ancient DNA.  Biol. Evol.20, 214–219 (2003). Article CAS Google Scholar

31. Ji, Y., Zhang, A. M., Jia, X., Zhang, Y. P., Xiao, X., Li, S. et al. Mitochondrial DNA haplogroups M7b1′2 and M8a affect clinical expression of leber hereditary optic neuropathy in Chinese families with the m.11778G → a mutation.  J. Hum. Genet.83, 760–768 (2008). Article CAS Google Scholar