하플로타입

3. Y-DNA 하플로타입과 가계 DNA 검사

일반 염색체와 달리 Y 염색체는 쌍으로 존재하지 않는다. 모든 인간 남성은 한 벌의 Y 염색체를 가지며, 이는 다음 세대로 전달될 때 섞이지 않고 그대로 전달된다는 것을 의미한다. 따라서 상염색체 하플로타입과 달리 세대 간 임의적인 변화가 없으며, 인간 남성은 일부 돌연변이를 제외하고는 아버지와 같은 염색체를 공유한다.^[1] 이는 Y-DNA 족보 DNA 검사 결과가 돌연변이를 제외하고 일치해야 함을 의미한다.

하플로타입은 부모로부터 자식에게 계승되므로 가계 조사에도 응용할 수 있다. 특히 남성의 Y 염색체 하플로타입은 부계 조사를 위해 사용되며, 미토콘드리아 DNA 하플로타입은 모계를 추정하는 데 사용된다. Y 염색체 하플로타입은 다른 하플로타입과 달리 쌍을 이루지 않으므로 다른 염색체와의 교차가 일어나지 않고 아버지로부터 아들에게 전달된다.

3. 1. Y-STR 하플로타입

3. 2. SNP와 하플로그룹

4. 하플로타입 다양성

Y-STR 하플로타입은 유전자 검사 결과에서 확인되는 Y-STR 마커 값들의 집합이다. UEP와 달리 Y-STR은 돌연변이가 더 쉽게 일어나기 때문에, 최근의 계보를 구별하는 데 유용하다. 하지만 이는 Y-STR 하플로타입이 퍼져나가 유사한 결과의 클러스터를 형성할 수 있음을 의미한다. 이 클러스터는 '''최빈 하플로타입'''(원래 하플로타입으로 추정)과 '''하플로타입 다양성'''(하플로타입이 퍼진 정도)을 가진다. 과거에 정의적 사건이 많이 발생하고 초기 인구 증가가 클수록 하플로타입 다양성은 커진다. 반대로 하플로타입 다양성이 작다면, 이는 더 최근의 공통 조상 또는 최근의 인구 확장을 나타낼 수 있다.^[9]

하지만 유사한 Y-STR 하플로타입을 가진 두 사람이 반드시 같은 조상을 공유하는 것은 아니다. Y-STR 사건은 고유하지 않기 때문에, 서로 다른 사건과 역사를 통해 상속된 Y-STR 하플로타입 결과의 클러스터는 겹칠 수 있다. 따라서 Y-STR 하플로타입만으로는 어떤 Y-DNA 하플로그룹에 속하는지 확실하게 예측할 수 없으며, UEP 검사를 하지 않은 경우 Y-STR은 하플로그룹 조상의 확률을 예측하는 데만 사용된다.

비슷한 성씨가 공유된 유전적 조상을 나타내는지 평가할 때도 유사한 문제가 발생한다. 유사한 Y-STR 하플로타입 클러스터가 공통 조상을 나타낼 수 있지만, 이는 클러스터가 역사적으로 독립적으로 같은 이름을 채택한 다른 개인으로부터 우연히 발생한 것과 충분히 구별될 때만 가능하다. 예를 들어, 많은 성씨는 직업이나 거주지와 관련되어 있다. 따라서 유전적 계보를 확립하려면 더 광범위한 하플로타입 분석이 필요하다. 최근 DNA 검사 회사들은 고객에게 더 많은 마커 세트를 검사하여 유전적 조상의 정의를 개선하는 서비스를 제공하고 있으며, 검사되는 마커 수는 초기의 12개에서 111개까지 증가했다.

서로 다른 성씨 간의 관련성을 설정하는 것은 더욱 어렵다. 연구자는 해당 인구에서 의도적으로 선택된, 질문 중인 인구의 가장 가까운 구성원이 우연히 일치할 가능성이 낮다는 것을 입증해야 한다. 이는 무작위로 선택된 구성원이 우연히 가까운 일치를 가질 가능성이 낮다는 것을 입증하는 것 이상이다. 따라서 특정 정보가 있는 특수한 경우를 제외하고는 서로 다른 성씨 간의 관련성을 설정하는 것은 불가능할 수 있다.

단일 염색체 다양성은 주어진 개체군에서 특정 단일 염색체의 고유성을 측정하는 척도이다. 단일 염색체 다양성(H)은 다음 공식으로 계산된다.^[9]

:$$H=\backslash frac\{N\}\{N-1\}(1-\; \backslash sum\_\{i\}x\_i^2)$$

여기서 $x\_i$는 표본 내 각 단일 염색체의 (상대적) 단일 염색체 빈도이며, $N$은 표본 크기이다. 단일 염색체 다양성은 각 표본에 대해 제공된다.

5. 하플로타입의 응용

하플로타입은 부모로부터 자식에게 계승되므로 가계 조사에 응용할 수 있다. 특히 남성의 Y 염색체 하플로타입은 부계 조사를 위해 사용된다. Y 염색체 하플로타입은 다른 하플로타입과 달리 쌍을 이루지 않으므로 다른 염색체와의 교차가 일어나지 않고 아버지로부터 아들에게 전달된다. 같은 성씨를 가진 다양한 자손을 조사했을 때, 그 성씨에 대한 표준적인 Y 염색체 하플로타입이 발견될 수도 있는데, 이는 해당 성씨를 사용한 가장 오래된 공통 조상의 하플로타입일 가능성이 높다.

미토콘드리아 DNA 하플로타입은 모계를 추정하는 데 사용된다.

하플로타입은 인류와 같은 집단의 비교에도 사용된다. 하플로타입에는 다양성이 있으며, 가까운 집단에서는 유사하지만 먼 집단에서는 크게 다르다. 하플로타입을 크게 묶은 것을 하플로그룹이라고 하며, 이는 유전적 집단을 나타내는 지표로 사용된다. 또한 지리적인 묶음을 보이는 경우가 많으므로, 인류의 이주 역사를 추정하는 데에도 사용된다.

6. 하플로그룹

고유 사건 다형성(UEP)과 같은 단일 염기 다형성(SNP)은 하플로그룹을 나타낸다.^[1] STR은 하플로타입을 나타낸다.^[1] 유사한 하플로타입의 집단을 하플로그룹(단배군)이라고 한다.^[4] 하플로타입은 단독으로는 의미가 없으며, 많은 하플로타입을 통계적으로 처리했을 때 비로소 의미를 갖는다.^[4] 이때, 유사한 하플로타입으로 구성된 하플로그룹이 연구 대상이 된다.^[4] 여러 하플로그룹의 계통 관계를 조사함으로써 생물(특히 인간)의 계통을 알 수 있다.^[4] 미토콘드리아 이브와 Y염색체 하플로그룹을 참조.^[4]

UEP 결과는 인류 역사상 단 한 번만 발생했다고 여겨지는 사건의 유전을 나타낸다.^[2] 이것들은 개인의 Y-DNA 하플로그룹을 식별하고, 전체 인류의 "족보"에서 그의 위치를 식별하는 데 사용될 수 있다.^[2] 서로 다른 Y-DNA 하플로그룹은 종종 특정 지리적 지역과 뚜렷하게 연관된 유전적 집단을 식별한다.^[2] 다른 지역에 위치한 더 최근의 집단에서 그들의 출현은 현재 개인의 직접적인 부계 조상의 수만 년 전 이주를 나타낸다.^[2]

7. 소프트웨어

• Fugue — EM 알고리즘에 기반한 하플로타입 추정 및 연관테스트
• HaploBlockFinder — 하플로타입 블록 구조 분석용 소프트웨어 패키지
• Haploview^[12] — 연관불평형 가시화, 하플로타입 추정 및 태깅
• HelixTree — 하플로타입 분석 소프트웨어
• PHASE — 하플로타입 재구축 소프트웨어, 집단 데이터로부터 유전자 재조합 빈도 추정
• SNPHAP — EM 알고리즘에 기반하여 페이징(phasing) 안된 유전형 데이터로부터 하플로타입 빈도 추정
• The integrated Haplotype Analysis Pipeline (iHAP)
• WHAP^[13] — 하플로타입 기반 연관분석 프로그램

참조

_[1] 웹사이트 Kimball's Biology Pages http://users.rcn.com[...] Creative Commons Attribution 3.0
_[2] 웹사이트 haplotype / haplotypes | Learn Science at Scitable http://www.nature.co[...]
_[3] 논문 Optimizing genomic selection in soybean: An important improvement in agricultural genomics
_[4] 논문 The International HapMap Project https://deepblue.lib[...]
_[5] 논문 A haplotype map of the human genome
_[6] 웹사이트 Facts & Genes. Volume 7, Issue 3 http://www.familytre[...]
_[7] 서적 Forensic DNA Evidence Interpretation CRC Press 2016
_[8] 논문 Gametic phase estimation over large genomic regions using an adaptive window approach 2003-11-01
_[9] 문서 DNA polymorphism detectable by restriction endonucleases
_[10] 논문 In celebration of Ruggero Ceppellini: HLA in transplantation https://onlinelibrar[...] 2017-02
_[11] 서적 Paul's fundamental immunology Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wikins 2023
_[12] 저널 Haploview: analysis and visualization of LD and haplotype maps http://bioinformatic[...]
_[13] 저널 WHAP: haplotype-based association analysis http://bioinformatic[...]