Genetic structure of human populations in the British Isles

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Abstract
Summary Spatial patterns were studied for 36 allele frequencies representing 14 genetic systems (blood antigens, enzymes and serum proteins) in the United Kingdom and Irish Republic. The total number of data points over all systems and localities is 331. Patterns of genetic variation in space are graphically represented by one-dimensional and directional correlograms, and by interpolated allele-frequency surfaces. The data surfaces were examined by the various techniques of spatial autocorrelation analysis. Zones of rapid change across allele surfaces were discovered by the wombling method. Six allele frequency surfaces from four genetic systems exhibit significant spatial patterns. Only one pattern (IO; in the ABO system) may be described as purely clinal in an east-west direction; another (IB; in ABO) approximates a cline or at least north-south differentiation. A method was developed for testing the direction of maximal genetic autocorrelation. Two previously unrecorded patterns for the British Isles, north-south gradients for Rhesus and P, were detected. Twelve zones of rapid genetic change were discovered; some of these seem to reflect maritime and montane physical barriers as well as long-held cultural and linguistic differences, particularly between early Germanic and Celtic speakers. Moreover, some appear to reflect past historic events such as the invasions of Anglo-Saxons and Anglo-Normans. Zusammenfassung Es wurde die räumliche Verteilung von 36 Allelfrequenzen, die 14 genetische Systeme (Blutgruppenantigene, Enzyme und Serumproteine) repräsentieren, in Großbritannien und der Irischen Republike untersucht. Die Gesamtzahl der Datenpunkte über alle Systeme beträgt 331. Die Muster genetischen Variation im Raum werden mittel eindimensionaler und gerichteter Korrelogramme sowie mittels interpolierter Allelfrequenzoberflächen graphisch dargestellt. Die Datenoberflächen wurden mittels verschiedener Techniken räumlicher Autokorrelationsanalyse untersucht. Mit der Wombling Methode ließen sich Zonen rascher Veränderungen der Allelfrequenzoberflächen aufzeigen. Sechs Allelfrequenzoberflächen aus vier genetischen Systemen ließen signifikante räumliche Verteilungsmuster erkennen. Lediglich ein Muster (IO; im ABO-System) könnte als Cline in Ost-West-Richtung beschrieben werden; ein weiteres (IB; im ABO-System) entspricht annähernd einem Cline oder zumindest einer Nord-Süd-Differenzierung. Es wurde eine Methode zur Überprüfung der Richtung der maximalen Autokorrelation entwickelt. Es wurden zwei für die Britischen Inseln bisher noch nicht beschriebene Muster entdeckt, und zwar Nord-Süd-Gradienten im Rhesus- und im P-System. Es wurden 12 Zonen rascher genetischer Veränderungen entdeckt; einige scheinen geographische Barrieren wie Gewässer oder Gebirge widerzuspiegeln, andere lang anhaltende kulturelle und linguistische Differenzen, insbesondere zwischen germanische und keltische Sprachen sprechende Bevölkerungen. Darüber hinaus scheinen einige Zonen historische Ereignisse der Vergangenheit wie die Invasion der Angelsachsen und Anglo-Normannen zu reflektieren. Résumé Les configurations spatiales de 36 fréquences alléliques représentant 14 systèmes génétiques (antigènes sanguins, enzymes et protéines du sérum), ont été étudiées dans le Royaume-Uni et la République d'Irlande. Le nombre total des points représentatifs pour tous les systèmes et localités est de 331. Les modes de variation génétique dans l'espace sont représentés graphiquement par des corrélogrammes uni-dimensionnels et directionnels, ainsi que par des surfaces de fréquences alléliques interpolées. Les surfaces de données ont été examinées par les diverses techniques d'analyse spatiale par autocorrélation. Des zones de changement rapide sur les surfaces alléliques, ont été découvertes par la méthode du ‘wombling’. Six surfaces de fréquences alléliques de quatre systèmes génétiques présentent des configurations spatiales significatives. Une seule configuration (IO; dans le système ABO) peut étre décrite comme un pur gradient de direction est-ouest; une autre (IB; dans ABO) est proche d'un gradient ou au moins d'une différenciation nord-sud; les autres corrélogrammes significatifs indiquent une différenciation à longue distance. Une méthode a été développée pour éprouver la direction de l'autocorrélation génétique maximum. Deux modes de variation jusqu'alors non décrits pour les îles britanniques: gradients nord-sud pour rhésus et P, ont été détectés. 12 zones de changement génétique rapide ont été découvertes; certaines paraissent traduire des barrières physiques maritimes ou montagneuses ainsi que des différences culturelles et linguistiques longuement maintenues, en particulier entre locuteurs celtiques et haut germaniques. D'autres paraissent refléter des évènements historiques tels que les invasions anglo-saxonne et anglo-normande.