Living on the edge : Population genetics of Finno-Ugric-speaking humans in North Eurasia

The major aim of this thesis was to examine the origins and distribution of uniparental and autosomal genetic variation among the Finno-Ugric-speaking human populations living in Boreal and Arctic regions of North Eurasia. In more detail, I aimed to disentangle the underlying molecular and population genetic factors which have produced the patterns of uniparental and autosomal genetic diversity in these populations. Among Finno-Ugrics the genetic amalgamation and clinal distribution of West and East Eurasian gene pools were observed within uniparental markers. This admixture indicates that North Eurasia was colonized through Central Asia/ South Siberia by human groups already carrying both West and East Eurasian lineages. The complex combination of founder effects, gene flow and genetic drift underlying the genetic diversity of the Finno-Ugric- speaking populations were emphasized by low haplotype diversity within and among uniparental and biparental markers. A high prevalence of lactase persistence allele among the North Eurasian Finno- Ugric agriculturalist populations was also shown indicating a local adaptation to subsistence change with lactose rich diet. Moreover, the haplotype background of lactase persistence allele among the Finno- Ugric-speakers strongly suggested that the lactase persistence T-13910 mutation was introduced independently more than once to the North Eurasian gene pool. A significant difference in genetic diversity, haplotype structure and LD distribution within the cytochrome P450 CYP2C and CYP2D regions revealed the unique gene pool of the Finno-Ugric Saami created mainly by population genetic processes compared to other Europeans and sub-Saharan Mandenka population. From all studied populations the Saami showed also significantly the highest allele frequency of a CYP2C19 gene mutation causing variable drug reactions. The diversity patterns observed within CYP2C and CYP2D regions emphasize the strong effect of demographic history shaping genetic diversity and LD especially among such small and constant size populations as the Finno-Ugric-speaking Saami. Moreover, the increased LD in Saami due to genetic drift and/or admixture was shown to offer an advantage for further attempts to identify alleles associated to common complex pharmacogenetic traits.

Väitöskirjatutkimus käsittelee suomalaisten ja eräiden suomensukuisten alkuperäiskansojen väestögeneettisiä piirteitä; väestöjen geneettistä historiaa sekä tiettyjen lääketieteellisesti merkittävien geneettisten variaatioiden yleisyyttä ja paikalliseen sopeutumiseen liittyvän valinnan aiheuttamia geneettisiä muutoksia näissä väestöissä. Työ liittyy Suomessa jo 1920-luvulla aloitettuun tutkimustraditioon, joka keskittyy väestön periytyvän biologisen monimuotoisuuden tutkimukseen. Työssä esitellään tyypillisimmät ihmisen perimässä tavattavat geneettiset muuntelumuodot ja ne väestögeneettiset tapahtumasarjat, jotka luovat ja muokkaavat tätä geneettistä vaihtelua. Lisäksi tutkimuksessa pyritään lyhyesti kuvaamaan niitä molekyylibiologisia ja tilastollisia menetelmiä, joilla väestön geneettistä muuntelua voidaan tulkita. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida suomalais-ugrilaisia kieliä puhuvien väestöjen geneettistä monimuotoisuutta ja monimuotoisuuden jakautumista käyttäen sekä potentiaalisesti neutraaleja vain isältä tai äidiltä periytyviä perimän muotoja (mitokondriaalinen ja Y-kromosomaalinen DNA) että spesifisesti tiettyihin lääketieteellisesti merkityksellisiin geeneihin (LCT, CYP2C ja CYP2D geenialueet) liittyviä DNA:n muutoksia ja verratta tätä muuntelua muihin pohjoisen Euraasian väestöihin. Lisäksi pyrkimyksenä oli selvittää niitä molekyylibiologisia ja väestögeneettisiä tekijöitä, jotka ovat muovanneet suomalais-ugrilaisten väestöjen geneettistä monimuotoisuutta. Tulokset osoittavat suomalais-ugrilaisia kieliä puhuvien väestöjen omaavan geneettisen monimuotoisuuden erityispiirteitä, jotka suurimmaksi osaksi johtuvat näiden väestöjen erityislaatuisesta väestöhistoriasta. Näille alkujaan pienistä ihmisryhmistä koostuneille suomalais-ugrilaisille väestöille on tietyillä DNA merkeillä selkeästi alhaisempi geneettinen monimuotoisuus kuin muilla Euraasian väestöillä. Lisäksi suomalais-ugrilaiset väestöt omaavat ainutlaatuisen yhdistelmän sekä itäisessä että läntisessä Euraasiassa tyypillisesti esiintyvistä mitokondriaali- ja Y-kromosomaali-DNA:n muutoksista. Toisaalta laktoosi-toleranssin aiheuttava nukleotidimuutos osoittautui yleiseksi suomalais-ugrilaisissa väestöissä, joiden elinkeino on perustunut pysyvään maatalouteen. Tämä viittaa maitopohjaisen ravinnon lisääntyneen käytön aiheuttamaan paikalliseen geneettiseen sopeutumiseen. Saamelaisväestön geneettinen monimuotoisuus osoittautui myös selkeästi eriytyvän muista eurooppalaisista väestöistä, kun tutkittiin lääkeainemetaboliaan vaikuttavien CYP2C ja CYP2D geenialueiden variaatiota. Näillä tuloksilla on yleisen väestöhistoriallisen mielenkiinnon ohella merkitystä niin geneettisissä testauksissa kuin lääketieteellisesti merkittävien periytyvien nukleotidimuutoksien assosiaatiokartoituksessa.