Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1189810.32607/actanaturae.11898Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleDistortion of Population Statistics due to the Use of Different Methodological Approaches to the Construction of Genomic DNA LibrariesИскажение популяционной статистики как результат различных методических подходов к приготовлению геномных библиотек древней ДНКSharkoFedor S.ШаркоФедор Сергеевич
Russian Federation
fedosic@gmail.comZhurKristina V.ЖурКристина Валерьевна
Russian Federation
fedosic@gmail.comTrifonovV. A.ТрифоновВ. А.
Russian Federation
fedosic@gmail.comProkhortchoukEgor B.ПрохорчукЕгор Борисович
Russian Federation
fedosic@gmail.comLaboratory of vertebrate genomics and epigenomics, Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАНInstitute for the History of Material Culture of the Russian Academy of SciencesИнститут истории материальной культуры РАН0305202315187962612202202032023Copyright ©; 2023, Sharko F.S., Zhur K.V., Trifonov V.A., Prokhortchouk E.B.Copyright ©; 2023, Шарко Ф.С., Жур К.В., Трифонов В.А., Прохорчук Е.Б.2023Sharko F.S., Zhur K.V., Trifonov V.A., Prokhortchouk E.B.Шарко Ф.С., Жур К.В., Трифонов В.А., Прохорчук Е.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/11898

Several different methods of DNA library preparation for paleogenetic studies are now available. However, the chemical reactions underlying each of them can affect the primary sequence of ancient DNA (aDNA) in the libraries and taint the results of a statistical analysis. In this paper, we compare the results of a sequencing of the aDNA libraries of a Bronze Age sample from burials of the Caucasian burial ground Klady, prepared using three different approaches: (1) shotgun sequencing, (2) strategies for selecting target genomic regions, and (3) strategies for selecting target genomic regions, including DNA pre-treatment with a mixture of uracil-DNA glycosylase (UDG) and endonuclease VIII. The impact of the studied approaches to genomic library preparation on the results of a secondary analysis of the statistical data, namely F4 statistics, ADMIXTURE, and principal component analysis (PCA), was analyzed. It was shown that preparation of genomic libraries without the use of UDG can result in distorted statistical data due to postmortem chemical modifications of the aDNA. This distortion can be alleviated by analyzing only the single nucleotide polymorphisms caused by transversions in the genome.

На сегодняшний день существует несколько различных методов подготовки ДНК-библиотек для палеогенетических исследований. Однако химические реакции, лежащие в основе каждого из них, способны повлиять на нуклеотидную последовательность библиотек древней ДНК (дДНК) и внести изменения в результаты статистического анализа. Нами проведено сравнение результатов секвенирования библиотек дДНК образца эпохи бронзы из погребений кавказского могильника Клады. Библиотеки были приготовлены с применением трех различных подходов: метода дробовика (shotgun sequencing), отбора целевых районов генома и отбора целевых районов генома с предварительной обработкой ДНК смесью урацил-ДНК-гликозилазы (UDG) и эндонуклеазы VIII. Проанализировано влияние этих подходов на результаты вторичного статистического анализа данных, а именно F4-статистики, ADMIXTURE и метода главных компонент (PCA). Показано, что при приготовлении геномных библиотек без использования урацил-ДНК-гликозилазы возможно искажение результатов статистической обработки, связанное с посмертными химическими модификациями дДНК. Эти искажения можно нивелировать путем анализа только однонуклеотидных полиморфизмов генома, вызванных трансверсиями.

ancient DNAADMIXTUREUDGдревняя ДНКADMIXTUREурацил-ДНК-гликозилазаUDGМинобрнауки РоссииMinistry of Education and Science of the Russian Federation13.1902.21.0023Krause J., Fu Q., Good J.M., Viola B., Shunkov M.V., Derevianko A.P., Pääbo S. // Nature. 2010. V. 464. № 7290. P. 894–897.Long J. // Hum. Biol. 2017. V. 89. № 4. P. 303–304.Haak W., Lazaridis I., Patterson N., Rohland N., Mallick S., Llamas B., Brandt G., Nordenfelt S., Harney E., Stewardson K., et al. // Nature. 2015. V. 522. № 7555. P. 207–211.Morgunova N. // Radiocarbon. 2013. V. 55. № 3–4. Р. 1286–1296.Grigorenko A.P., Borinskaya S.A., Yankovsky N.K., Rogaev E.I. // Acta Naturae. 2009. V. 1. № 3. P. 58–69.Orlando L., Allaby R., Skoglund P., Der Sarkissian C., Stockhammer P.W., Ávila-Arcos M.C., Fu Q., Krause J., Willerslev E., Stone A.C., et al. // Nat. Rev. Methods Primers. 2021. V. 1. № 1. P. 14.Sokolov A.S., Nedoluzhko A.V., Boulygina E.S., Tsygankova S.V., Sharko F.S., Gruzdeva N.M., Shishlov A.V., Kolpakova A.V., Rezepkin A.D., Skryabin K.G., et al. // J. Archaeol. Sci. 2016. V. 73. P. 138–144.Erlikh V.R., Gak E.I., Kleshchenko A.A., Sharko F.S., Boulygina E.S., Tsygankova S.V., Slobodova N.V., Rastorguev S.M., Nedoluzhko A., Godizov G.L., et al. // J. Archaeol. Sci. Repts. 2021. V. 39. P. 103198.Axelsson E., Willerslev E., Gilbert M.T.P., Nielsen R. // Mol. Biol. Evol. 2008. V. 25. № 10. P. 2181–2187.Llamas B., Valverde G., Fehren-Schmitz L., Weyrich L.S., Cooper A., Haak W. // STAR: Sci. Technol. Archaeol. Res. 2017. V. 3. № 1. P. 1–14.Rohland N., Mallick S., Mah M., Maier R., Patterson N., Reich D. // Genome Res. 2022. V. 32. № 11–12. P. 2068–2078.Hellenthal G., Busby G.B.J., Band G., Wilson J.F., Capelli C., Falush D., Myers S. // Science. 2014. V. 343. № 6172. P. 747–751.Gopalan S., Smith S.P., Korunes K., Hamid I., Ramachandran S., Goldberg A. // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 2022. V. 377. № 1852. P. 20200410.Sjödin P., McKenna J., Jakobsson M. // Genetics. 2021. V. 217. № 4. iyab008.Hubisz M.J., Falush D., Stephens M., Pritchard J.K. // Mol. Ecol. Resour. 2009. V. 9. № 5. P. 1322–1332.Alexander D.H., Novembre J., Lange K. // Genome Res. 2009. V. 19. № 9. P. 1655–1664.Zhou H., Alexander D., Lange K. // Stat. Comput. 2011. V. 21. № 2. P. 261–273.Sinharay S. International encyclopedia of education. Amsterdam: Elsevier, 2010. P. 229–231.Trifonov V.A., Shishlina N.I., Hommel P. // Brief Communications of the Institute of Archaeology. 2019. №. 257. P. 35–47.Шишлина Н.И., Трифонов В.А., Хоммель П. // Краткие сообщения Института археологии (КСИА). 2019. № 257. C. 35–47.Rohland N., Glocke I., Aximu-Petri A., Meyer M. // Nat. Protoc. 2018. V. 13. № 11. P. 2447–2461.Gansauge M.-T., Meyer M. // Nat. Protoc. 2013. V. 8. № 4. P. 737–748.Wang C.-C., Reinhold S., Kalmykov A., Wissgott A., Brandt G., Jeong C., Cheronet O., Ferry M., Harney E., Keating D., et al. // Nat. Commun. 2019. V. 10. № 1. P. 590.Mathieson I., Lazaridis I., Rohland N., Mallick S., Patterson N., Roodenberg S.A., Harney E., Stewardson K., Fernandes D., Novak M., et al. // Nature. 2015. V. 528. № 7583. P. 499–503.Green R.E., Malaspinas A.-S., Krause J., Briggs A.W., Johnson P.L.F., Uhler C., Meyer M., Good J.M., Maricic T., Stenzel U., et al. // Cell. 2008. V. 134. № 3. P. 416–426.Bushnell B., Rood J., Singer E. // PLoS One. 2017. V. 12. № 10. P. e0185056.Schubert M., Ermini L., Der Sarkissian C., Jónsson H., Ginolhac A., Schaefer R., Martin M.D., Fernández R., Kircher M., McCue M., et al. // Nat. Protoc. 2014. V. 9. № 5. P. 1056–1082.Martin M. // EMBnet J. 2011. V. 17. № 1. P. 10.Li H., Durbin R. // Bioinformatics. 2009. V. 25. № 14. P. 1754–1760.Li H., Handsaker B., Wysoker A., Fennell T., Ruan J., Homer N., Marth G., Abecasis G., Durbin R., 1000 Genome Project Data Processing Subgroup. // Bioinformatics. 2009. V. 25. № 16. P. 2078–2079.Jónsson H., Ginolhac A., Schubert M., Johnson P.L.F., Orlando L. // Bioinformatics. 2013. V. 29. № 13. P. 1682–1684.Purcell S., Neale B., Todd-Brown K., Thomas L., Ferreira M.A.R., Bender D., Maller J., Sklar P., de Bakker P.I.W., Daly M.J., et al. // Am. J. Hum. Genet. 2007. V. 81. № 3. P. 559–575.Allentoft M.E., Sikora M., Sjögren K.-G., Rasmussen S., Rasmussen M., Stenderup J., Damgaard P.B., Schroeder H., Ahlström T., Vinner L., et al. // Nature. 2015. V. 522. № 7555. P. 167–172.Jun G., Wing M.K., Abecasis G.R., Kang H.M. // Genome Res. 2015. V. 25. № 6. P. 918–925.Triska P., Chekanov N., Stepanov V., Khusnutdinova E.K., Kumar G.P.A., Akhmetova V., Babalyan K., Boulygina E., Kharkov V., Gubina M., et al. // BMC Genet. 2017. V. 18. № Suppl. 1. P. 110.