К исторической генетике Великого Болгара: геномный анализ людей из погребений XIV века у Греческой палаты

Великий Болгар – один самых значительных средневековых городов Восточной Европы, до монгольского завоевания был крупным административным центром Волжской Булгарии, а после 1236 г. некоторое время выполнял функции столицы Золотой Орды. Исторические, археологические и палеоантропологические данные свидетельствуют о смешанном составе населения этого города в XIII–XV вв., однако вклад тех или иных этнических групп в его генетическую структуру остается не вполне ясным, и до сих пор отсутствуют генетические данные для этой группы средневекового населения. Мы впервые с применением методов масштабного параллельного секвенирования определили полногеномные последовательности у трех жителей Великого Болгара, погребенных в первой половине XIV в. у так называемой Греческой палаты. Среднее покрытие исследованных геномов составило от х0.5 до х1.5, что позволило определить генетический пол индивидов (двое мужчин и одна женщина) и провести популяционно-генетический анализ. Были подтверждены аутентичность исследованной ДНК и низкий уровень контаминации, а также определены гаплогруппы митохондриальной ДНК всех трех индивидов и гаплогруппы Y-хромосомы двух индивидов мужского пола. Для проведения сравнительного популяционно-генетического анализа нами задействованы опубликованные ранее данные геномного секвенирования более 2.7 тыс. образцов ДНК представителей современных и древних популяций. Анализ полногеномных данных трех индивидов из Великого Болгара с использованием однородительских маркеров (митохондриальной ДНК и Y-хромосомы) и аутосомных маркеров показал генетическую гетерогенность исследованной группы населения. По результатам геномного анализа с применением аутосомных маркеров и метода главных компонент (PCA) и f4-статистики нами выявлена генетическая связь одного индивида (женщины) с современными финно-угорскими народами Волго-Уральского региона. Геномный анализ двух других индивидов предполагает их армянское происхождение и свидетельствует о существовании потока мигрантов с территории Кавказа или Анатолии. Полученные результаты хорошо согласуются с данными археологии и палеоантропологии, а также существенно дополняют их в части реконструкции вклада автохтонного населения в формирование популяционной структуры средневековых жителей Болгара.

1. Allentoft M.E., Sikora M., Sjögren K.-G., Rasmussen S., Rasmussen M., Stenderup J., Damgaard P.B., … Sicheritz-Pontén T., Brunak S., Nielsen R., Kristiansen K., Willerslev E. Population genomics of Bronze Age Eurasia. Nature. 2015;522(7555):167-172. doi 10.1038/nature14507

2. Andreeva T.V., Manakhov A.D., Gusev F.E., Patrikeev A.D., Golovanova L.V., Doronichev V.B., Shirobokov I.G., Rogaev E.I. Genomic analysis of a novel Neanderthal from Mezmaiskaya Cave provides insights into the genetic relationships of Middle Palaeolithic populations. Sci Rep. 2022;12(1):13016. doi 10.1038/s41598-022-16164-9

3. Bulgarica. Time and Space of Bulgarian Civilization: Atlas. Moscow; Kazan: Feoria Publ., 2012 (in Russian)

4. Efimova S.G. Paleoanthropology of the Volga and Cis-Ural Regions. Moscow: Moscow State University Publ., 1991 (in Russian)

5. Ehler E., Novotný J., Juras A., Chyleński M., Moravčík O., Pačes J. AmtDB: a database of ancient human mitochondrial genomes. Nucleic Acids Res. 2019;47(D1):D29-D32. doi 10.1093/nar/gky843

6. Eltsov N., Volodko N. MtPhyl: Software tool for human mtDNA analysis and phylogeny reconstruction. 2016 (Available online: http:// eltsov.org или Available from: https://sites.google.com/site/mtphyl/ home)

7. FamilyTreeDNA. Available online: https://www.familytreedna.com/

8. Fu Q., Mittnik A., Johnson P.L.F., Bos K., Lari M., Bollongino R., Sun C., Giemsch L., Schmitz R., Burger J., Ronchitelli A.M., Martini F., Cremonesi R.G., Svoboda J., Bauer P., Caramelli D., Castellano S., Reich D., Pääbo S., Krause J. A revised timescale for human evolution based on ancient mitochondrial genomes. Curr Biol. 2013;23(7):553-559. doi 10.1016/j.cub.2013.02.044

9. Gansauge M.-T., Gerber T., Glocke I., Korlevic P., Lippik L., Nagel S., Riehl L.M., Schmidt A., Meyer M. Single-stranded DNA library preparation from highly degraded DNA using T4 DNA ligase. Nucleic Acids Res. 2017;45:e79-e79. doi 10.1093/nar/gkx033

10. Gazimzyanov I.R. Golden Horde and ethnogenetic processes in the Middle Volga region. In: Ethnic Groups of Russia: from the Past to the Present. Ser.: Anthropology. Part II. Moscow, 2000;189-216 (in Russian)

11. Gazimzyanov I.R. The medieval Bolgar population according to cranio logy data. Preliminary results according to the materials of 2010–2013 excavations. Povolzhskaya Arkheologiya = The Volga River Region Archaeology. 2015;3:112-124 (in Russian)

12. Gening V. Some issues of periodization of the ethnic history of ancient Bulgarians. In: Early Bulgarians in Eastern Europe. Kazan, 1989; 4-15 (in Russian)

13. Hovhannisyan A., Delser P.M., Hakobyan A., Jones E.R., Schraiber J.G., Antonosyan M., Margaryan A., Xue Z., Jeon S., Bhak J., Hrechdakian P., Sahakyan H., Saag L., Khachatryan Z., Yepiskoposyan L., Manica A. Demographic history and genetic variation of the Armenian population. Am J Hum Genet. 2025;112(1):11-27. doi 10.1016/j.ajhg.2024.10.022

14. International Society of Genetic Genealogy (ISOGG v15.73), 2020. Available online: https://isogg.org/tree/index.html

15. Iskhakov D.M., Izmailov I.L. Ethnopolitical History of Tatars in the 6th – First Quarter of 15th Centuries. Kazan: Iman Publ., 2000 (in Russian)

16. Jónsson H., Ginolhac A., Schubert M., Johnson P.L.F., Orlando L. mapDamage2.0: fast approximate Bayesian estimates of ancient DNA damage parameters. Bioinformatics. 2013;29(13):1682-1684. doi 10.1093/bioinformatics/btt193

17. Khalikov A.H. The Tatar People and their Ancestors. Kazan, 1989 (in Russian)

18. Korneliussen T.S., Albrechtsen A., Nielsen R. ANGSD: analysis of next generation sequencing data. BMC Bioinformatics. 2014;15(1):356356. doi 10.1186/s12859-014-0356-4

19. Lazaridis I., Nadel D., Rollefson G., Merrett D.C., Rohland N., Mallick S., Fernandes D., … Yengo L., Hovhannisyan N.A., Patterson N., Pinhasi R., Reich D. Genomic insights into the origin of farming in the ancient Near East. Nature. 2016;536(7617):419-424. doi 10.1038/nature19310

20. Li H., Durbin R. Fast and accurate short read alignment with BurrowsWheeler transform. Bioinformatics. 2009;25(14):1754-1760. doi 10.1093/bioinformatics/btp324

21. Mallick S., Micco A., Mah M., Ringbauer H., Lazaridis I., Olalde I., Patterson N., Reich D. The Allen Ancient DNA Resource (AADR) a curated compendium of ancient human genomes. Sci Data. 2024; 11(1):182. doi 10.1038/s41597-024-03031-7

22. Malyarchuk B., Derenko M., Denisova G., Kravtsova O. Mitogenomic diversity in Tatars from the Volga-Ural region of Russia. Mol Biol Evol. 2010;27(10):2220-2226. doi 10.1093/molbev/msq065

23. Myres N.M., Rootsi S., Lin A.A., Järve M., King R.J., Kutuev I., Cabrera V.M., Khusnutdinova E.K., Pshenichnov A., Yunusbayev B., Balanovsky O., Balanovska E., Rudan P., Baldovic M., Herrera R.J., Chiaroni J., Di Cristofaro J., Villems R., Kivisild T., Underhill P.A. A major Y-chromosome haplogroup R1b Holocene era founder effect in Central and Western Europe. Eur J Hum Genet. 2011;19(1): 95-101. doi 10.1038/ejhg.2010.146

24. Patterson N., Price A.L., Reich D. Population structure and eigenanalysis. PLoS Genet. 2006;2(12):e190. doi 10.1371/journal.pgen.0020190

25. Patterson N., Moorjani P., Luo Y., Mallick S., Rohland N., Zhan Y., Genschoreck T., Webster T., Reich D. Ancient admixture in human history. Genetics. 2012;192(3):1065-1093. doi 10.1534/genetics.112.145037

26. Petr M., Vernot B., Kelso J. admixr – R package for reproducible analyses using ADMIXTOOLS. Bioinformatics. 2019;35(17):3194-3195. doi 10.1093/bioinformatics/btz030

27. Postnikova N.M. On the anthropology of “Сhetyrehugol’nik” medieval burial ground. In: The Volga Region in the Middle Ages. Materials and Research on the Archeology of the USSR. Moscow: Nauka Publ., 1970;164:24-38 (in Russian)

28. Postnikova N.M. On the anthropology of the population of Volga Bulgaria: anthropological materials from Minaret burial ground, 14th–15th centuries. Sovetskaya Arkheologiya = Soviet Archeology. 1973;3:203-211 (in Russian)

29. Poznik G.D. Identifying Y-chromosome haplogroups in arbitrarily large samples of sequenced or genotyped men. bioRxiv. 2016. doi 10.1101/088716

30. R Core Team, 2021. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria, 2021

31. Rasmussen M., Guo X., Wang Y., Lohmueller K.E., Rasmussen S., Albrechtsen A., Skotte L., … Sicheritz-Pontén T., Villems R., Nielsen R., Wang J., Willerslev E. An Aboriginal Australian genome reveals separate human dispersals into Asia. Science. 2011; 334(6052):94-98. doi 10.1126/science.1211177

32. Robinson J.T., Thorvaldsdóttir H., Winckler W., Guttman M., Lander E.S., Getz G., Mesirov J.P. Integrative genomics viewer. Nat Biotechnol. 2011;29(1):24-26. doi 10.1038/nbt.1754

33. Schubert M., Ginolhac A., Lindgreen S., Thompson J.F., AlRasheid K.A.S., Willerslev E., Krogh A., Orlando L. Improving ancient DNA read mapping against modern reference genomes. BMC Genomics. 2012;13:178. doi 10.1186/1471-2164-13-178

34. Schubert M., Lindgreen S., Orlando L. AdapterRemoval v2: rapid adapter trimming, identification, and read merging. BMC Res Notes. 2016;9:88. doi 10.1186/s13104-016-1900-2

35. SequenceTools, 2025. Available online: https://github.com/stschiff/sequenceTools

36. Sitdikov A.G., Bocharov S.G. Archaeological Investigation of Bolghar. Kazan, 2024 (in Russian)

37. Smirnov A.P. Volga Bulgarians. Moscow: State Historical Museum, 1951 (in Russian)

38. Smirnov A.P. Armenian colony of the city of Bolghar. In: Works of the Kuibyshev Archaeological Expedition. Vol. II (Materials and Research on the Archaeology of the USSR). Moscow, 1958;61:330-359 (in Russian)

39. Smirnov A.P. On the ethnic composition of Volga Bulgaria. In: News in Archaeology. Moscow: Moscow State University Publ., 1972;302-307 (in Russian)

40. Smirnov A.P. New data on the historical and social topography of the city of Bolghar. In: Cities of the Volga Region in Middle Ages. Moscow: Nauka Publ., 1974;4-13 (in Russian)

41. Trofimova T.A. Ethnogenesis of Volga Tatars in Light of Anthropological Data. Moscow; Leningrad: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1949 (in Russian)

42. Trofimova T.A. Anthropological composition of the population of the city of Bolghar in the 10–15th centuries. In: Proceedings of the Institute of Ethnography of the USSR Academy of Sciences. Vol. 33. Moscow: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1956;73-145 (in Russian)

43. Weissensteiner H., Pacher D., Kloss-Brandstätter A., Forer L., Specht G., Bandelt H.J., Kronenberg F., Salas A., Schönherr S. HaploGrep 2: mitochondrial haplogroup classification in the era of high-throughput sequencing. Nucleic Acids Res. 2016;44:W58-W63. doi 10.1093/nar/GKW233

44. YFull, 2024. Available online: https://www.yfull.com/