遺伝的系譜

遺伝系譜学とは、系譜学的 DNA 検査、すなわちDNA プロファイリングとDNA 検査を、伝統的な系譜学的方法と組み合わせて使用​​し、個人間の遺伝的関係を推測することです。この遺伝学の応用は、 DNA検査が手頃な価格になった21 世紀に家族歴史家によって使用されるようになりました。この検査は、姓研究グループや地域系譜グループなどのアマチュア グループや、ジェノグラフィック プロジェクトなどの研究プロジェクトによって推進されてきました。

2019年時点で、^{[アップデート]}約3000万人が検査を受けた。この分野が発展するにつれ、専門家の目的も広がり、伝統的な家系図を作成できる数世紀先祖の知識を求める人が増えた。

遺伝学における姓の研究は、チャールズ・ダーウィンとその従妹エマ・ダーウィンの息子であるジョージ・ダーウィンにまで遡ると言える。1875年、ジョージ・ダーウィンは姓を使って従兄弟同士の結婚の頻度を推定し、同じ姓（同姓同名）の人々の結婚の予想発生率を計算した。彼は、ロンドンの人口における従兄弟同士の結婚が1.5% 、上流階級ではより高く（3%～3.5%）、一般の農村人口ではより低い（2.25%）という数字に達した。^[1]

1998年の有名な研究では、トーマス・ジェファーソンの父方の子孫と解放奴隷サリー・ヘミングスの男系の子孫の系譜が調査された。^[2]

オックスフォード大学の分子生物学者ブライアン・サイクスは、一般的な姓の研究でこの新しい方法論をテストしました。^[3] 2000年に発表されたサイクス姓に関する研究では、男性の染色体にある4つのSTRマーカーを調べることで結果が得られました。これは、遺伝学が系図と歴史の研究に役立つ有用な助手となる道を示しました。^[4]

2000年、Family Tree DNAは、系図研究のための消費者向け遺伝子検査を初めて提供した企業でした。当初は11マーカーのY染色体STR検査とHVR1ミトコンドリアDNA検査を提供していましたが、複数世代にわたる系図検査は提供していませんでした。 ^{[5] [6] [7] [8] [9]} 2001年、GeneTreeはSorenson Molecular Genealogy Foundation (SMGF) ^{[10]に買収され、} Y染色体とミトコンドリアDNA (mtDNA)検査を無料で提供しました。 ^[11]その後、GeneTreeは親会社であるSorensonと共同で遺伝子検査に戻りましたが、2012年にAncestry.comに買収されました。 ^[12]

2007年、23andMeは唾液を使った消費者向け直接検査を提供した最初の企業であり^[13]、祖先検査に常染色体DNAを使用した最初の企業でもありました。^{[14] [15]}常染色体は、 X染色体やY染色体以外の22の染色体のうちの1つです。これらは最近の世代のすべての祖先から受け継がれており、血縁関係がある可能性のある他の検査者と照合するために使用できます。企業は後にこのデータを使用して、顧客が各民族をどの程度持っているかを推定できるようになりました。FamilyTreeDNAは2010年にこの市場に参入し、2012年にはAncestryDNAがそれに続き、検査数は急速に増加しました。2018年までに常染色体検査は主流の検査タイプとなり、多くの企業では唯一の検査を提供していました。^[16]

MyHeritageは2016年に検査サービスを開始し、ユーザーは頬の綿棒を使ってサンプルを採取できるようになり、^[17] 2019年にはオートクラスター（一致を視覚的にクラスターにグループ化する）^[18]と家系図理論（複数のMyHeritageツリーとGeniグローバル家系図を組み合わせることでDNA一致間の考えられる関係を提案する）^{[19]という新しい分析ツールを導入しました。2015年に設立された} Living DNAは、SNPチップを使用して常染色体祖先、Y染色体、mtDNA祖先に関するレポートを提供しています。^{[20] [21]}

2019年までに、4大企業の顧客数は合計2,600万人に達した。^{[22] [23] [14] [15]} 2019年8月までに、系図作成の目的で約3,000万人がDNA検査を受けたと報告されている。^{[24] [22]}

GEDmatchは2018年に、100万件のプロファイルのうち約半分がアメリカ人であると述べた。^[25] DNA検査を受ける人の地理的分布が限られているため、データベースと結果では他の人種グループに存在する変異についての知識が限られている。しかし、これはより多くの個人を検査し、現在過小評価されている検査対象者に存在する遺伝的変異を遺伝学者に認識させることによってのみ改善できる。

2001年にサイクスが出版した『イヴの7人の娘たち』では、ヨーロッパ人の祖先の7つの主要なハプログループが説明されており、DNA検査による個人の祖先検査が広く世間に知られるようになった。系図DNA検査の利用可能性と費用対効果が高まるにつれ、遺伝子系図学は分野として急速に成長した。2003年までに、ジョブリングとタイラー・スミスがネイチャー・レビュー・ジェネティクス誌に発表した記事で、姓のDNA検査の分野が「到来」したと公式に宣言された。^[26]検査を提供する企業の数と検査を注文する消費者の数は劇的に増加した。^{[27] 2018年、}サイエンス誌の論文では、ヨーロッパ系の人に対するDNA系図検索では、60%の確率で3代目かそれに近い一致が見つかると推定された。^[28]

ジェノグラフィック・プロジェクトは、ナショナルジオグラフィック協会とIBMがアリゾナ大学およびファミリーツリーDNAと提携して2005年に開始した5年間の研究調査である。その目標は主に人類学であった。このプロジェクトは、2010年4月までに、一般市民を対象にY染色体上の12のSTRマーカーまたはmtDNAのHVR1領域の変異を検査する一般参加型検査キットを35万個以上販売したと発表した。^[29]

2016年のプロジェクトの段階は、Geno 2.0 Next Generationでした。^[30] 2018年現在、140か国以上で約100万人がプロジェクトに参加しています。^[31]

遺伝子系譜学は、従来の系譜学の技術を使用できない人々の集団が、祖先をたどることを可能にしました。これは、彼らが両親のどちらか一方または両方を知らないため、または従来の系譜記録が紛失、破壊、または存在しなかったためである可能性があります。これらのグループには、養子、捨て子、ホロコースト生存者、GIベビー、移民の子供、孤児列車の子供たちの子孫、奴隷の祖先を持つ人々が含まれます。^{[32] [33]}

最も初期の検査を受けたのは顧客で、その多くは父親の父方の祖先を判定するためにY染色体検査を始めた人たちでした。これらの男性は姓プロジェクトに参加することが多かったです。ジェノグラフィック・プロジェクトの第1段階では、遺伝子系図学に新たな参加者が加わりました。検査を受けた人たちは、父方の直系の母方の遺産に興味があるのと同じくらい興味を持っていました。mtDNA検査を受ける人の数は増加しました。マイクロアレイチップ技術に基づく常染色体SNP検査の導入により、人口統計が変化しました。女性も男性と同じくらい自分自身で検査を受ける傾向がありました。

遺伝子系譜学コミュニティのメンバーは、市民科学の一例として、この分野の知識に有益な貢献をしたと評価されている。^[34]

最も早く出現した利益団体の一つは、国際遺伝系譜学会（ISOGG）である。彼らの掲げる目標は、系譜学のためのDNA検査を促進することである。^[35]メンバーは系譜研究における遺伝学の利用を提唱し、グループは遺伝系譜学者間のネットワーク作りを促進している。^[36] 2006年以来、ISOGGは定期的に更新されるISOGG Y染色体系統樹を維持している。 [ ^{36] [37] ISOGGは、新しい}SNPを組み込んで、系統樹を可能な限り最新の状態に保つことを目指している。^[38]しかし、この系統樹は、Y染色体ハプログループの系統樹として完全に学術的に検証されていないと学者らは述べている。^[39]

ミトコンドリア DNA (mtDNA) 検査には、少なくともミトコンドリアゲノムの一部の配列決定が含まれます。ミトコンドリア DNA は母親から子供に受け継がれるため、途切れることのない母系に関する情報を明らかにすることができます。2 人の個人が一致するかほぼ一致するミトコンドリア DNA を持っている場合、彼らは「最近」の過去のある時点で共通の母系祖先を共有していると推測できます。^[40]ただし、ミトコンドリアゲノムの変異は平均して 1000 年から 3000 年に 1 回しか発生しないため、関係の近さを誇張しないように注意する必要があります。^[41]このため、mtDNA のみに基づいて、過去 1 千年または 2 千年以内に関係した 2 人の個人を区別することは通常不可能です。

Y染色体DNA（Y-DNA）検査には、 Y染色体のショートタンデムリピート（STR）検査と、時には一塩基多型（SNP）検査が含まれる。Y染色体は男性にのみ存在し、途切れることのない父系の情報のみを明らかにする。ミトコンドリアと同様に、個人との密接な一致は、最近の共通祖先を示す。しかし、ミトコンドリアDNAと比較してY染色体では永久的なSNP変異がはるかに頻繁に発生するため、男性系譜ははるかに時間的に解明され、平均的な系譜では83年ごとに新しい永久的でユニークな変異が生じる。^[42]多くの文化では姓が父系で受け継がれるため、この検査は姓DNAプロジェクトでよく使用される。^[43]

STRを使用した初期の研究では、多数の男性が歴史上の著名な人物（例：九人人質のニーアルやチンギス・ハーン）の子孫であるという大胆な主張がなされたが、最近のSNP研究では、その多くが無効であることが示された。特に、STR変異は、複数の無関係な家系に偶然に現れることがあるため、血縁関係を証明する上ではほとんど信頼できないことが現在では知られている。これらの変異は非常にまれであり、歴史上1人の個人にしか発生し得ないと考えられているため、真の関係を証明するにはSNP検査が必要である。異なる家系に同じSNP変異が発生する数少ないケースでは、付随するSNPによって、それが新生突然変異として認識されることが保証される。それでも、表面上はSNP変異に基づいた研究でも、Féher（2024）^[44]のケースのように誤解を招く可能性がある。この研究では、父系が確認されている個人や、形成より数百年または数千年前に遡るさまざまなSNP変異を持つ関連する血縁グループからの結果がほとんど、あるいは全く提示されていない。

男性系の共通祖先からの子孫であることを証明するために、Y-DNA 系統では、一般的に最も最近の共通祖先 (MRCA) まで遡る三角測量が必要であり、MRCA は一般に、省略形として突然変異の名前 (例: L21、U106 など) で呼ばれます。家族または親族グループに固有の SNP 突然変異は「定義突然変異」と呼ばれ、その検査により、最大で 1 世紀または 2 世紀以内に男性系で血縁関係のない男性を除外することができます。これは、スコットランドのスチュワート家^[45]やアイルランドのユーブリウイン王朝など、貴族や王族の血統の定義突然変異を特定するために、近年利用されています。^[46]

家系図は伝統的に、個人の両親や祖父母に関する記憶から作成されてきた。これらの家系図は、以前の世代の記憶が口承や文書で保存されている場合に拡張される可能性がある。一部の系図学者は、出生証明書、結婚証明書、国勢調査報告書、墓石、家族の聖書のメモなどの文書で確認されない限り、口承を神話と見なしている。^{[47 ]}文盲の人々 によって記録が保存されることはほとんどなく、多くの文書が戦争や自然災害によって破壊されている。DNA比較は、生物学的な両親の家族関係を確認するための代替手段となる可能性があるが、養子縁組や母親が子供の父親の身元を隠している場合に混乱する可能性がある。 ^[49]

ミトコンドリアと Y 染色体の DNA マッチングは祖先関係の最も決定的な確認を提供しますが、検査された個人から得られる情報は、その前の世代の祖先の減少した一部に関連しています。常染色体 DNAの比較から確認を求める場合、潜在的な曖昧さを考慮する必要があります。曖昧さの第一の原因は、すべての個人の DNA 配列の根本的な類似性から生じます。多くの短い遺伝子セグメントは、単一の祖先からの継承 (Identical by Descent: IBD) ではなく、偶然の組み換え (Identical by State: IBS) によって同一になります。セグメントが長いほど、共通の祖先がいるという確信が高まります。曖昧さの第二の原因は、親の各子供への遺伝子のランダムな分配から生じます。一卵性双生児だけがまったく同じ遺伝子セグメントを受け継ぎます。子供はそれぞれの親からちょうど半分ずつ DNA を受け継ぎますが、前の世代の特定の祖先から受け継いだ割合 (X 染色体 DNA を除く) は、 100% をその世代の祖先の数で割った中央値を中心とした正規分布内で変動します。常染色体 DNA を連続して前の世代の祖先と比較する個人は、有意な長さの DNA セグメントを受け継いでいない祖先の数がますます増えることに遭遇します。個人はそれぞれの曽祖父母から DNA のわずかな部分のみを受け継ぐため、同じ祖先の子孫であるいとこは、その祖先から同じ DNA セグメントを受け継いでいない可能性があります。同じ親または祖父母のすべての子孫、および同じ曽祖父母のほぼすべての子孫は、有意な長さの遺伝子セグメントを共有しますが、3 親等内の約 10%、4 親等内の 55%、5 親等内の 85%、さらに遠い親戚の 95% 以上は、有意な長さの遺伝子セグメントを共有しません。かなり長い遺伝子セグメントを共有していないからといって、遠い親戚の共通の祖先が否定されるわけではない。^[50]

祖先を確認するための最良の常染色体DNA法は、DNAを既知の親族と比較することです。より複雑な作業は、DNAデータベースを使用して、関心のある個人とDNAを共有する、これまで知られていなかった個人を特定し、それらの個人との共通の祖先を見つけようとすることです。^[51] 後者の手順の最初の問題は、ほとんどのデータベース集団の家族歴に関する知識が比較的乏しいことです。多くのDNAデータベースのかなりの割合の個人は、親子関係が不明であるためDNA検査を受けており、自信を持って両親を特定した多くの人は、以前の世代に関する情報を共有できないか、共有したがりません。包括的な家系図を持つ2人の個人間でDNAが共有されているという幸運な状況では、共通の祖先を特定するのは簡単かもしれませんが、複数の共通の祖先を見つけると、共有セグメントがそれらの祖先の誰から受け継がれたのかという疑問が生じます。その曖昧さを解決するには、通常、祖先と関心のある遺伝子セグメントの両方を共有する3人目の個人を見つける必要があります。^[52]

多くの常染色体検査の共通要素は、生物地理学的起源の予測、つまり民族性の予測である。検査を提供する会社は、コンピュータアルゴリズムと計算を使用して、個人の DNA の何パーセントが特定の祖先グループに由来するかを予測する。典型的な集団数は少なくとも 20 である。検査のこの側面は大々的に宣伝されているが、多くの遺伝子系図学者は、結果は不正確である可能性があり、せいぜい概算に過ぎないと消費者に警告している。^[53]

現代のDNA 配列解析により、現代の集団のさまざまな祖先要素が特定されています。これらの遺伝要素の多くは西ユーラシアに起源があります。それらには、地理的拠点と主な関連集団とともに、次の祖先要素が含まれます。

系図DNA検査法は、より長い時間スケールで人類の移動パターンを追跡するために使用されてきました。例えば、人類が最初に北米に来たのはいつか、どのような経路をたどったかが判明しました。

数年にわたり、世界中の研究者や研究室が、人類の歴史的移住パターンを地図化する取り組みの一環として、世界中の先住民からサンプルを採取してきました。ナショナル ジオグラフィック協会のジェノグラフィック プロジェクトは、5 大陸にわたる 10 万人以上の人々から DNA サンプルを収集して分析することで、人類の歴史的移住パターンを地図化することを目的としています。DNA 氏族遺伝祖先分析は、世界中の先住民族グループとの正確な遺伝的つながりを測定します。^[60]

法執行機関は、殺人や性的暴行などの暴力犯罪の加害者を追跡するために遺伝子系図を使用することがあり、また、死亡した個人の身元確認にも使用することがあります。当初、遺伝子系図サイトのGEDmatchとFamily Tree DNAは、法執行機関やDNA技術会社が、法執行機関の要請に応じて暴力犯罪事件のDNA検査や遺伝子系図研究を行うために、データベースを使用することを許可していました^{[61] [62]}。この捜査または法医学的な遺伝子系図技術は、2018年にゴールデンステートキラーの容疑者が逮捕された後に人気が高まりましたが、 ^[63]プライバシーの専門家から大きな反発を受けています。^{[64] [65]}しかし、2019年5月にGEDmatchはプライバシー規則をより厳しくしたため、法執行機関がサイトを使用するインセンティブが減少しました。^{[66] [67]} Ancestry.com、23andMe、MyHeritageなどの他のサイトでは、法執行機関の令状なしに顧客データを犯罪解決に使用することはユーザーのプライバシーを侵害すると考えており、許可しないというデータポリシーを定めています。^{[68] [69]}

ウィキメディア・コモンズには、遺伝的系譜学に関連するメディアがあります。

• 共有 cM プロジェクト – センチモルガン (cM) 値に基づいて関係を決定する方法