ドイツの中世ユダヤ人のゲノムデータ
ドイツの中世ユダヤ人のゲノムデータを報告した研究（Waldman et al., 2022）が公表されました。この研究はオンライン版での先行公開となります。本論文は、14世紀のドイツのエアフルト（Erfurt）の中世ユダヤ人墓地における回復発掘調査で得られた、アシュケナージ系ユダヤ人（AJ）のゲノム規模データを報告します。エアフルト個体群は遺伝的に現代AJと類似していたものの、現代AJよりもヨーロッパ東部関連祖先系統（祖先系譜、祖先成分、祖先構成、ancestry）において多くの変動性を示します。エアフルト個体群の1/3は現代AJで一般的なミトコンドリア系統を有しており、8個体は現在AJに影響を及ぼすと知られている病原性多様体を有しています。
これらの観察は、高水準の同型接合連続領域（runs of homozygosity、略してROH）とともに、エアフルト共同体がすでに、現代AJに影響を及ぼした大きな人口規模減少を経ていた、と示唆します。エアフルト個体群のボトルネック（瓶首効果）はより深刻で、中世AJにおける下部構造を示唆します。全体的に本論文の結果は、AJの創始者事象と祖先系統の主要な供給源の獲得が14世紀に先行し、現代AJにはもはや存在しない後期中世の遺伝的異質性を浮き彫りにする、と示唆します。
●研究史
アシュケナージ系ユダヤ人（AJ）は、特徴的な民族宗教文化的集団として10世紀にラインラントで現れました。それ以来、AJ人口集団は地理的および人口の両方でかなり拡大し、地理的にはまずヨーロッパ東部、最近ではヨーロッパを越えて拡大し、人口は現在では約1000万人に達しました。ヒト遺伝学の初期から始まり、数十もの病原性の潜性（劣性）多様体が特定され、成功した妊娠前集団検診計画の発展につながりました。これらの多様体の大半はAJ以外ではひじょうに稀で、長く共有されたハプロタイプの背景に現れており、AJが少数の祖先の創始者の子孫であることを示唆しています。アシュケナージの「創始者事象」は、AJの40%が有するミトコンドリアの4系統でも明らかです。もっと最近の研究では、AJにおける同祖対立遺伝子（identity-by-descent、略してIBD）の高い割合が見つかっています。IBDとは、親族関係にない個体に存在するほぼ同一の長いハプロタイプで、創始者人口集団の特徴です。定量的モデル化では、AJは中世後期に急激な規模縮小（ボトルネック）を経ており、創始者の（有効）数が数百人だった、と示唆されました。
初期AJの起源は、その遺伝子プールを形成した混合事象の歴史とともに、議論の対象となっています。遺伝的証拠は、AJにおける混合した中東（ME）とヨーロッパ（EU）の祖先系統を裏づけます。これはどちらかの地域に起源がある片親性遺伝標識（母系のミトコンドリアDNAと父系のY染色体）と、AJが中東とヨーロッパの人口集団間の中間的な祖先系統を有している、と示す常染色体研究（関連記事）に基づいています。これらおよび他の常染色体研究は、AJ祖先系統を有する個体群が遺伝的に他の祖先系統の個体群と区別できることも示しています。最近のモデル化では、AJにおけるヨーロッパ祖先系統の大半はヨーロッパ南部関連起源と一致する、と示唆しており、AJにおけるヨーロッパ祖先系統の合計割合は50～70%と推定されました。AJ人口集団は全体的にひじょうに遺伝的に均質で、現在の居住国に基づく大きな祖先系統の違いはありません。しかし、ヨーロッパの東西間の起源で、AJ間の祖先系統における微妙な平均的違いがあります。
最近の進歩にも関わらず、創始者事象の時空間的位置づけや、混合事象の供給源と時期を含めて、問題が残っています。AJ形成の時期により近い年代に生きていた個体群のゲノムの研究は、これらの問題に光を当てる可能性があります。本論文は歴史時代のユダヤ人のDNA研究を提示し、ドイツのエアフルトの14世紀のAJに焦点を当てます。中世エアフルトのユダヤ人共同体は11世紀後期～1454年に存在しており、1349年の虐殺後の短い間隙がありました。本論文は、骨格が回復発掘調査で回収された33個体のゲノム規模データを報告します。本論文の結果から、エアフルトのアシュケナージ系ユダヤ人（EAJ）は遺伝的に現代のアシュケナージ系ユダヤ人（MAJ）と類似している、論証され、14世紀以降のAJ遺伝子プールへの遺伝子流動はほとんどなかった、と示唆されます。さらなる分析では、EAJはMAJよりも遺伝的に異質で、2つの下位集団の存在を裏づける一連の複数の証拠がある、と論証されました。その2つの下位集団の一方は、MAJと比較してヨーロッパ東部とより類似しています。EAJ人口集団は、MAJに影響を及ぼしたボトルネックと共有される最近のボトルネックの強い証拠を示します。それは、ミトコンドリア系統と病原性多様体を含めて、MAJにおいて高度に濃縮されたアレル（対立遺伝子）が、EAJでも一般的だからです。
●歴史的および考古学的状況と共同体の関与と標本収集
エアフルトの最初のユダヤ人共同体（1349年以前）は、テューリンゲン州では最古であり、その墓地は近隣の町でも使われていました。1349年の虐殺（ポグロム）において、エアフルトとその近隣の共同体のほとんどのユダヤ人は、虐殺されたか、追放されました。ユダヤ人は1354年にエアフルトに戻り、第二の共同体を形成しましたが、これはドイツで最大規模のユダヤ人共同体の一つです。本論文で調査された個体群は、エアフルトの中世ユダヤ人墓地の南西部に埋葬されており、ここは2013年に回復発掘調査が行なわれました。墓地の配置は図1Aに示されています。以下は本論文の図1です。
考古学的証拠から、この遺跡が第二の共同体により使用されていた、と暫定的に示唆されます。10個体の放射性炭素年代測定から、全個体は1270～1400年頃に生きていた、と論証されますが、データは、この遺跡が第一共同体か第二共同体に使用されていたのかどうかについて、14世紀半ばころの炭素14較正曲線における揺れのため、情報をもたらしません。推定死亡時年齢の範囲は5～60歳で、33個体のうち14個体（42%）は20歳未満と推定されました。死因は個体I14904のみで決定され、この個体は鋭利な物体により頭部を数回殴られて死亡しました。
EAJが従ったユダヤ教のラビの法は、ほとんどの目的でユダヤ人の発掘を禁止しており、死者を妨げることも禁止しています。ユダヤ人個体の古代DNA検証についてのラビの議論は最近になってようやく現れ、ユダヤ教のラビの指導の確立について中央集権的機関はありません。この研究の一部として、研究者は、提案された研究計画を再検討し、分離した歯のみを用いて、分析はすでに発掘された個体でのみ行なう、という条件で研究計画に承認した、ラビの権威者と連携しました。この研究はその後、テューリンゲン州のユダヤ人共同体により承認されました。これらの指針に従って、38点の骨格遺骸から歯が標本抽出されました。
●標本と親族関係
DNAが既存の実施要綱にしたがって抽出され、ライブラリが準備され、約124万のSNP（一塩基多型）で濃縮されました。次に、濃縮ライブラリと非濃縮ライブラリが配列され、複数の測定基準を用いて、汚染がひじょうに低水準と論証されました。33個体で品質管理に合格したゲノム規模データが得られ、女性が19個体、男性が14個体でした。ヒト配列の中央値は0.03（0.0003～0.67）で、常染色体標的の網羅率中央値は0.45倍（0.01～2.48倍の範囲）でした。少なくとも1配列で網羅されるSNPの中央値は383000（11000～842000の範囲）でした。子供の網羅率は成人より有意に低い、と示されました。DNA配列でペスト菌（Yersinia pestis）の痕跡は見つかりませんでした。
1親等の関係に基づいて2つの家族が特定されました。家族Aは、母親と息子と娘で構成されます。家族Bは父親（上述の頭部を殴打されて殺害された個体）と娘で構成されます（図1B）。家族Aの子供2人は相互に隣同士に埋葬され、家族Bの2人も同様です（図1A）。家族Aの母親はその子供から3列離れて埋葬されており、他の全ての被葬者とは反対の向きでした（図1A）。遠い親族関係の3個体も特定され、2親等の親族である可能性が高く、そうした個体は全員隣同士で埋葬されていました（図1A）。そのうち2個体のみが、本論文の標本ではミトコンドリアDNA（mtDNA）ハプログループ（mtHg）U5a1a2aを有していました。しかし、これら3個体のデータは、1親等もしくは親族関係ではないこととも一致しており、それは低網羅率に起因する可能性が高そうです（SNPは13000と15000と38000）。
●祖先系統推定と中世の人口構造
EAJ個体群の祖先系統を分析するため、それぞれ網羅されたSNPについて単一の無作為配列を用いて、そのゲノムが「疑似半数体」として表されます。EAJがヒト起源データセット（Human Origins dataset）の現代人のゲノムと統合され（約593000の常染色体SNPで、その全てはEAJでも濃縮されました）、これは7個体のAJおよび86個体の他のユダヤ人も含んでいます。EAJ個体群が、ヒト起源データセットのユーラシア西部個体群（994個体）から習得された主成分に投影されました。EAJの8個体は統合後にSNPが50000未満で、信頼できる投影ができません。これらの個体は「低網羅率」と呼ばれ、主成分分析（PCA）から除外されました。
PCA図では、EAJ個体群はMAJや他のヨーロッパ地中海人口集団と重なりました。興味深いことに、EAJはMAJよりもヨーロッパ地中海東部勾配に沿って変動性が高い、と示されました。MAJと比較してのEAJにおけるより高い変動性は、ADMIXTURE分析と同様に、ずっと大規模なMAJ標本を投影しても観察されました。K（系統構成要素数）平均値を用いて、2集団へのPC1軸とPC2軸の座標に基づいて、EAJ個体群がクラスタ化されました（まとめられました）。一方の集団は「エアフルトEU」と呼ばれ、ヨーロッパの人口集団の個体群のより近くに位置しましたが、もう一方の「エアフルトME」と呼ばれる集団は、中東（ME）の人口集団のより近くに位置します（図2）。以下は本論文の図2です。
一連の複数の証拠が、連続勾配と比較してEAJの二分について統計的裏づけを提供します。「間隙統計」分析では、クラスタ（まとまり）の最適数は2と示唆され、別の手法では、クラスタは有意に異なる、と示されました。集団遺伝学的観点からこの問題を調べるため、2つのシナリオが模擬実験されました。それは、全ての個体群の人口史が同じ場合と、下位集団でヨーロッパにおいて追加の混合事象があった場合です。この単一集団模擬実験（2集団の模擬実験ではありません）の要約統計はEAJとは有意に異なっており、2つの異なる下位集団の存在が再び裏づけられました。2つの追加の手法を用いてEAJ個体群を2つの集団にクラスタ化することも、確証されました。これらの結果は、EAJにおける少なくとも2つの遺伝的に異なる集団の存在（重なる可能性がある場合でさえ）を裏づけます。
2つのエアフルト下位集団をさらに特徴づけるため、それらが別々に分析され、ヨーロッパ東部もしくはヨーロッパ西部起源のMAJとどのように関連しているのか、検証されました。西部MAJは、PCAではほぼ完全にエアフルトMEと重なりました。東部MAJはEAJの2集団間の中間に位置し、エアフルトMEの方とより近くに位置ました。エアフルトME集団は現在のトルコ系（セファルディム系）ユダヤ人とも重なりました（図2）。
f4統計を用いて、EAJとMAJと他のヨーロッパおよび中東人口集団との間の遺伝子流動の証拠が検証されました。まずf4形式（MAJ、EAJ；X、チンパンジー）の検定が実行され、Xはユーラシア西部の任意の人口集団です。その結果、Xがヨーロッパ東部からヨーロッパ中央部および西部と地中海と中東へと変わるにつれて、Z得点の増加が示されたので、EAJに対するMAJとの類似性が増加しました（補足図3A）。同じ傾向はf4形式（MAJ、エアフルトEU；X、チンパンジー）の検定でも観察されましたが、その傾向はf4形式（MAJ、エアフルトME；X、チンパンジー）の検定では逆でした。
これらの結果はPCAと一致しており、エアフルトEUはエアフルトMEもしくはMAJよりも多くのヨーロッパ、とくにヨーロッパ東部祖先系統を有している、と示唆されます。同じく、f4形式（エアフルトEU、エアフルトME；X、チンパンジー）の検定では、Xがヨーロッパ東部からヨーロッパ中央部および西部と地中海と中東へと変わるにつれて、エアフルトMEとの類似性増加が示されました（補足図3B）。最後に、f4形式（MAJ、X；EAJ、チンパンジー）の検定では、Xが任意の非アシュケナージ系ユダヤ人とされ、全てのXについて正でひじょうに大きく、EAJ（下位集団両方が含まれます）が他のあらゆるユダヤ人集団とよりもMAJの方に近い、と示唆されます（補足図3C）。以下は本論文の補足図3です。
ヨーロッパ東部人口集団とのエアフルトEUの類似性増加は、ボヘミアやモラヴィアやシレジアからエアフルトの第二共同体への歴史的に記録された家族の移住と関連しているかもしれません。一部のEAJ個体に移民の証拠があるのかどうか検証するため、歯のエナメル質に由来する生体燐灰石で安定同位体分析が実行されました。炭素13および酸素18のエナメル質の値は、図3Cにおいて高網羅率の個体について図示され、2つの遺伝的集団間の安定同位体比の異なる分布を示します。その違いは酸素18において有意で、エアフルトEUとエアフルトMEとの間の幼少期における水源の平均的違いを示唆しています。墓地における墓の場所と集団の帰属との間、もしくはPC1軸とPC2軸の座標間の相関は見つからず、これらの集団は遺伝的に異なっているものの、文化的もしくは時間的に分離されている証拠は示されません。以下は本論文の図3です。
qpWave分析では、EAJとMAJは非ユダヤ系ヨーロッパ人に関してクレード（単系統群）を形成することと一致します。EAJとMAJとの間のこの遺伝的類似性は、生存年代が600～700年離れているにも関わらず、この期間の高度の内婚を示唆します。模擬実験を用いて、過去20世代におけるAJとヨーロッパ東部人との間のあらゆる仮定的な混合事象は、AJ遺伝子プール全体の最大2～4%の置換に限定されたに違いない、と推測されました（1世代あたり最大0.2%の置換）。エアフルトEUもしくはエアフルトMEとの同じqpWave分析は、とくにエアフルトEUでより低いp値となり、これらの各集団だけでは現代のAJ遺伝子プール全体を完全には表せない、と示唆されます。EAJもしくはMAJを（現代の）トルコ系ユダヤ人かイタリア南部人かドイツ人に置換すると、全てのp値は0.05未満となり（人口集団の任意の組み合わせがクレードであることとの不一致を示唆します）、最高のp値はエアフルトMEとトルコ系ユダヤ人を比較した場合に観察されました。qpWaveが繰り返され、人口集団の組み合わせが非ユダヤ系の中東人口集団についてクレードを形成するのかどうか、検証されました。MAJおよびEAJ/エアフルト下位集団と、これら人口集団のどれかとトルコ系ユダヤ人の比較ではP値は0.05超で、これらの人口集団は中東祖先系統の類似の起源を有している、と示唆されます。
●定量的な祖先系統モデル化
qpAdmを用いて、EAJの祖先系統供給源の定量的モデルが検証されました。上述のPCAと以前の研究のモデル化に基づいて、EAJを以下の供給源の混合とするモデルが検証されました。それは、ヨーロッパ南部（イタリアの南部もしくは北部の人々）、中東（ドルーズ派、エジプト人、ベドウィン人、パレスチナ人、レバノン人、ヨルダン人、シリア人、サウジ人）、ヨーロッパ東部（ロシア人）です。古代人の供給源とのモデル化が失敗したので、供給源として現代の人口集団が用いられました。イタリア南部人との複数のモデルは妥当で（p値が0.05超）、AJ人口集団の供給源としてイタリア半島を示す歴史的モデルと一致するでしょう。平均的な混合割合は、イタリア南部65%、中東19%、ヨーロッパ東部16%でした（図3A）。この結果は、塩基転換だけを用いた場合と全てのSNPを用いた場合や、さまざまな外群人口集団を用いた場合や、より少ないSNPを用いた場合でも定量的に変わらない、と確認されました。混合年代の推定値は、本論文の設定では信頼できません。
他の供給源、とくに地中海とのモデル化も、EAJのデータと適合する可能性があります。供給源としてイタリア北部人とのモデルは、イタリア北部37%、中東43%、ヨーロッパ東部20%の割合の祖先系統です（図3A）。供給源としてギリシア人とのモデルは、ギリシア51%、中東32%、ヨーロッパ東部17%の祖先系統の割合です。（中東およびヨーロッパ東部に加えて）スペインもしくはアフリカ北部供給源とのモデルは、妥当ではありませんでした。単一の供給源として統合された全ての地中海人口集団（他の供給源としてヨーロッパ東部と中東とギリシアとイタリア）とのモデルは、地中海89%とヨーロッパ東部11%の祖先系統割合のデータと一致します。ロシア人の代わりのヨーロッパ西部供給源（ドイツ人）とのモデルは、妥当ではありませんでした。アジア東部人からのわずかな祖先系統構成要素についても、裏づけはありませんでした。
次にqpAdmを用いて、EAJとMAJと他のユダヤ人集団との間の関係が調査されました。エアフルトMEは、トルコ系（セファルディム系）ユダヤ人（混合割合は97%）とドイツ人（混合割合は3%）でモデル化できます。エアフルトEUは、エアフルトME（混合割合は69%）とロシア人（混合割合は31%）でモデル化できます。各EAJ個体についてイタリア南部とレバノンとロシアの供給源でのモデルを用いると（図3B）、ヨーロッパ東部構成要素において顕著な変動性が見つかりました。このヨーロッパ東部構成要素の割合は平均して、エアフルトEU個体群では33%でしたが、エアフルトMEの13個体のうち9個体では推測されませんでした。同様の変動性は、イタリア北部供給源を用いて観察されました。MAJは、エアフルトME（87%）とロシア（13%）、もしくはエアフルトME（86%）とドイツ（14%）でモデル化できます。MAJは、エアフルトME祖先系統60%とエアフルトEU祖先系統40%でもモデル化できます。
まとめると、この結果から、エアフルトMEが、ヨーロッパ西部起源の現代AJにほぼ混合していない子孫を残したセファルディム系ユダヤ人と遺伝的に近い人口集団である一方で、エアフルトEUは追加のヨーロッパ東部関連の混合を経た、と示唆されます。現在のAJの大半は、エアフルトの2集団により表される人口集団のほぼ均等な混合として形成されました。言語学と文化と姓名の研究では、ヨーロッパ西部のAJ間の違いが見つかっており、初期のラインラント共同体と、ヨーロッパ中央部および東部のAJが表されます。この結果から、エアフルトMEとエアフルトEUはそれぞれ、西部AJ集団、中央部および東部AJ集団と関連しているかもしれない、という仮説が提案されます。非遺伝的差異は16世紀までにほぼ消滅し、現代AJにおける大きな遺伝的構造の欠如と一致します。
要注意なのは、本論文で推測された供給源人口集団の具体的な自己認識は、混合割合と同様に、正確とみなされるべきではない、ということです。これは、真の祖先供給源の代理としての現代の人口集団への依存と同様に、EAJのデータと一致する複数のヨーロッパ南部人口集団に起因します。イタリアにおける中東祖先系統の水準（関連記事1および関連記事2および関連記事3）と中東人口集団も過去2000年間に、とくにアフリカ人との混合で、人口統計学的変化を経てきました。本論文で調査された広範なモデル一式下で、EAJにおける中東祖先系統は19～43%、地中海ヨーロッパ祖先系統は37～65%と推定されます。しかし、真の祖先系統の割合は、これらの範囲で示唆されるよりも高いか低い可能性があります。したがって、この結果は、AJの祖先供給源は現在の地中海ヨーロッパと中東に暮らす人口集団とのつながりを有している、と提案されることにのみ解釈されるべきです。
●エアフルトユダヤ人の歴史における創始者事象の証拠
同祖対立遺伝子（identity-by-descent、略してIBD）ハプロタイプとmtDNA系統（mtHg）と病原性多様体の以前の分析では、AJは中世の創始者事象を経た、と示唆されました。しかし、この創始者事象の詳細は完全には解明されていません。mtDNA系統と同型接合連続領域（runs of homozygosity、略してROH）とMAJで豊富な多様体という3情報源を用いて、EAJ人口集団が同じ創始者事象により形成されたのかどうか、検証されました。
EAJのmtDNA系統は補足データ2のS2に一覧があり、最も一般的なアシュケナージの4系統の保有者数は補足データ1の表4にあります。注目すべきことに、親族関係にないEAJの31個体のうち11個体（35%）はmtHg-K1a1b1aで、これは非ユダヤ人祖先系統の個体ではほぼ存在しません。これはMAJにおける20%よりも高い頻度です。この11個体は全て、部位16223における単一のC/T（シトシンとチミン）多型を除いて、同一の配列を有していました（シトシン多型の保有者は11個体のうち3個体）。MAJとEAJのmtHg-K1a1b1a保有者の接合ベイズ分析（EAJ個体群の既知の年代を考慮）は、最新の共通祖先の中央値の事後時間について1500年前頃を示唆し、それは以前の点推定値よりわずかに早いものの、高い不確実性があります（95%最高事後密度間隔で6700～650年前）。
エアフルトMEにおけるmtHg-K1a1b1aの頻度（54%、13個体のうち7個体）は、エアフルトEUの頻度（20%、10個体のうち2個体）より高かった、と分かりました。その違いは、小さな標本規模を考えると統計的に有意ではありませんでしたが、エアフルトMEにおけるmtHg-K1a1b1aのより高い頻度は、ヨーロッパ西部起源のAJにおけるより高い頻度と一致します。他のAJ創始者系統のうちEAJでは、2個体がmtHg-K1a9、1個体がmtHg-N1b1b1（N1b2）で、mtHg-K2a2a1の個体はいませんでした。
全体的に、mtDNAの結果は、EAJがMAJに影響を及ぼしたのと同じボトルネックに影響を受けた、という証拠を提供します。同型接合連続領域（runs of homozygosity、略してROH）は、両親が遺伝的に親族関係にある個体群で現れ、創始者人口集団でも予測されます。hapROHを用いて、EAJにおけるROHが検出されました。少なくとも40万のSNPを網羅している、16個体に焦点が当てられました。EAJ個体群は、歴史的記録の他のほとんどの個体と比較して、かなり高水準のROHを有しており、4 cM（センチモルガン）以上の断片で1個体あたり平均44cMありました（8cM超の断片では30cM、20cM超の断片では14cM、図4C）。これらの結果は、EAJが強いボトルネックの影響を受けた、という仮説に追加の裏づけを提供します。以下は本論文の図4です。
次に、MAJに固有（もしくはほぼ固有）で、EAJにも存在する多様体が検討されました。AJ創始者アレルは、MAJにおいて頻度0.5%超で、ヨーロッパ人において0.01未満で、中東人において1%以下だった、溶液内濃縮により標的とされたSNPにおけるマイナーアレル（必ずしも疾患原因ではありません）として定義されました。全体として、216点のAJ創始者アレルが特定されました。これらのうち、15点はEAJの少なくとも1個体に存在しました。この数は、EAJがボトルネックの後だった、というシナリオ下で予測されるのかどうか決定するため、MAJアレル頻度が用いられ、2項式模擬実験が実行されて、EAJの標本規模と個体あたりの網羅率を考慮した場合の、観察されたアレル数が推定されました。EAJ的個体における模擬実験されたアレル数の2.5と97.5の百分位数は、14と32でした。これらの予測されるアレル数は、やや過大に推定されている可能性が高そうで、それは、MAJ祖先系が限界を超えたアレルでの条件付けに起因します。したがって、EAJにおける15点の創始者アレルの存在は、EAJがすでにAJボトルネックを経ていた場合に予測される範囲内です。
●創始者事象の人口統計学的モデルの推測
AJボトルネック媒介変数を定量的に推定するため、同祖対立遺伝子（identity-by-descent、略してIBD）共有に基づいて人口統計学的モデルが推測されました。Tb世代に始まり、d世代続いて、その後に指数関数的に拡大する有効規模Nbのボトルネックを経た、一定の（有効）規模の祖先人口集団のモデルで始められました（図4A）。MAJの637個体について全ゲノム配列決定データが用いられ、IBDseqを用いてIBD断片が推測されました。次に、最尤法を用いてボトルネック媒介変数が推定されました。Nbは1563個体（2倍体の個体、95%信頼区間では1364～1751個体）、Tbは41世代（95%信頼区間では39～43世代）、dは20世代（95%信頼区間では15～24世代）です（図4A）。IBD断片の予測数（図4Aのモデルに基づいています）は、MAJのデータの数との良好な適合を提供します（図4B）。1世代25年と仮定すると、本論文のモデルはボトルネックの開始を1000年前頃、つまり初期AJ共同体の形成の頃に位置づけます。同じMAJの個体群でROHを用いてひじょうに類似したモデルが推測され、実証的データとよく適合します（図4B）。
次に、本論文で推測された人口統計学的モデルが、MAJとEAJとの間の遺伝的類似性を考慮して予測される、古代EAJのデータ（650年の違いを考慮した後で）に良好な適合を提供するのかどうか、という決定が試みられました。しかし、EAJにおけるROH数はこのモデル（図4A）に基づくと、とくに短い断片と中間的な断片で予測を上回っており（図4D）、エアフルトのボトルネックはもっと深刻だったに違いない、と示唆されます。以前の模擬実験結果と本論文のさらなる調査を考えると、この間隙が偽陽性のROH呼び出しに起因する可能性は低そうです。EAJにおける親族関係のモデル化は、短いROHの過剰を説明しませんでした。古代人のデータに適合させるには、エアフルトのボトルネックは現代人のIBDに基づく予測と比較して、3.0倍狭いか、2.4倍長かったに違いありません（図4D）。しかし、これらのボトルネック媒介変数は、現代人のデータに適合しませんでした。古代人と現代人両方のROHデータに最適な適合モデルも、良好な全体的適合を提供しませんでした。まとめると、これらの結果から、図4Aの単一の人口集団（および単一のボトルネック）モデルは、AJの人口史を完全には説明していない、と示唆されます。
エアフルト人口集団のみが単一のAJ中世遺跡を表していることを考えると、本論文のモデルで欠けている構成要素は中世の下部構造である、と仮定されました。したがって、AJ人口集団がボトルネックの開始に異なるボトルネック強度を経た2集団に分岐し、そのうち一方がEAJに、他方が標本抽出されていない集団により表される、というモデルが検討されました。模擬実験により示されるのは、本論文の手法は現代人と古代人のデータ量できょくたんな不均衡が存在する場合でさえモデル媒介変数を推測できる、ということです。最適なモデル（図4E）では、ボトルネックはTb=46世代前（95%信頼区間では36～58世代前）に始まり、d=22世代（95%信頼区間では9～36世代）続きました。EAJにより表される集団は、規模Nb=627（95%信頼区間で355～958）の狭いボトルネックを経ており、MAJの遺伝子プールに52%（95%信頼区間で41～99%）寄与しました。残りの寄与は、他のAJ集団と統合した場合、最初のボトルネックを経なかったものの、ボトルネックの末にのみ収縮した、第二の集団に由来しました（図4E）。このモデルは、現代人と古代人両方のデータによく適合します（図4F）。媒介変数ブートストラップ法を用いて、好適な一致は過適合に起因しない、と論証されます。
本論文のモデルは、いくつかの仮定を立てています。第一に、全ての人口統計学的事象は別々の時期に起きました。第二に、非エアフルト下位集団は最初のボトルネックを経ませんでした。第三に、非AJ人口集団からの、もしくはAJ下位集団間の遺伝子流動はありませんでした。第四に、人口集団の分岐と統合は、ボトルネックの開始と終焉にそれぞれ一致しました。第五に、ボトルネックはその期間を通じて一定規模のままでした。これらの仮定がひじょうに特有であることを考えると、この結果は、人口統計学的モデルの正しい形式の説明として解釈されるべきではありません。代替的なモデル、とくにより複雑なモデルを除外できません。本論文の結果は、さまざまなボトルネック強度を経てきたさまざまな集団を有する下部構造のモデルが、現代人と古代人のハプロタイプ共有データをどのように再現できるのか示す、事例証明として機能します。
●病原性多様体
EAJがAJ創始者事象を経たならば、EAJは現在のAJで多い病原性多様体の一部を有している、と予測されます。ヨーロッパ人とアジア東部人において高頻度の多様体を除外した後、62の病原性多様体の一覧が集められました。これらのうち6点だけが、本論文の124万濃縮SNPに含まれており、補完を用いて追加の多様体が調べられました。702個体のMAJの全ゲノムの参照パネルと、2つの補完手法が用いられました。一方の手法はPHCP（Pseudo-Haploid ChromoPainter、疑似半数体ChromoPainter）と呼ばれ、入力として疑似半数体SNPデータを取ります。これは倍数体のリー・ステファンズ隠れマルコフモデルに基づいています。もう一方の手法は、ゲノム規模配列データに基づくGLIMPSEです。メンデルの一貫性と遺伝子型決定された創始者アレルの隠蔽を用いて、PHCPの高精度が確証され、同様に、これら2手法間の高い一致が確認されました。
EAJのゲノムで、11点の高い信頼性の病原性多様体が発見されました。5点の追加の多様体が、低い信頼性で検出されました。EAJの8個体が高い信頼性の多様体を有しており、各多様体は少なくとも1回は見られます。発見された多様体のうち6点は、現代人のゲノムデータを用いて以前に年代測定され、起源の推定年代は14世紀の存在と一致します。多様体のほとんどは、妊娠前の集団検診パネルに含まれる遺伝子にあります。補完は多様体のあるハプロタイプの存在を論証するものの、多様体自体を論証するわけではないことに要注意です。しかし、遺伝子型決定された創始者アレルで観察された低い偽陽性率は、このシナリオが一般的であることに反論しています。
最後に、選択された非医学的もしくは多遺伝子と関連する多様体が評価されました。ラクターゼ（乳糖分解酵素）活性持続（LP）と、目と髪の色素沈着と、（推定される）伝染病の危険性についての多様体は、EAJとMAJとの間で類似のアレル頻度です。成人13個体の骨学的身長推定値は、身長の多遺伝子得点と相関していたものの、有意ではありません。
●考察
歴史上実在したAJ個体群のゲノム規模データの分析により、初期AJの起源に関する理解が深められます。EAJの祖先系統は、PCAやADMIXTURE やqpWave 分析により明らかなように、MAJの祖先系統と密接に関連しており、過去700年間にわたるAJ祖先系統の高水準の連続性が示唆されます。しかし、EAJ個体群はMAJより多くの変動的な祖先系統を有しており、わずかなヨーロッパ東部関連祖先系統構成要素の存在により階層化されました。一連の複数の証拠から、EAJ人口集団はすでにMAJと共有される「ボトルネック」を経ていた、と示唆されます。それは、アシュケナージの創始者mtDNA系統（mtHg）の高頻度と、AJで多い病原性多様体および他のアレルの存在と、長いROHです。先行研究と一致して、AJ拡大の開始年代は20～25世代前と推定されました。
本論文の古代DNAデータにより、パターンの特定が可能となりました。具体的には、本論文の結果から、AJ人口集団は現在よりも中世においてより構造化されていた、と示唆されます。エアフルト内では、一方の集団はヨーロッパ東部関連祖先系統が豊富でしたが（図2および図3B）、もう一方の集団はヨーロッパ西部起源のMAJおよびセファルディム系ユダヤ人と近い祖先系統を有していました（図2）。この2集団は、エナメル質の酸素18の水準も異なっていました（図3C）。本論文の結果は、エアフルト内のより細かい区分さえ除外できず、中世AJはエアフルトを超えてさらに構造化されていたかもしれません。対照的に、現在のAJは顕著に均質です。これは、祖先系統の全体的な供給源が中世と現代のAJの間で類似したままであったとしても、中世以来の内婚とAJ内の混合が、AJ遺伝子プールの均質化に寄与してきた、と示唆します。以下は本論文の要約図です。
中世後期に、AJ人口集団が言語学的および文化的に東西の軸に沿って分裂したことを示唆する非遺伝的データに基づいて、2つのエアフルト下位集団の自己認識について推測できます。西方AJ集団はエアフルトMEと対応している可能性があり、ラインラントにおける初期AJ入植者の子孫を表している可能性が高そうです。ある資料は、エアフルトが2集団間の境界に位置すると明示的に記載しており、14世紀には、エアフルトでの名前は東西両AJに典型的でした。これらの点は、東方からの第二エアフルト共同体への移住についての証拠とともに、両方の遺伝的集団に属する個体群がエアフルトに存在した理由を説明できるかもしれません。エアフルトにおける遺伝的多様性の増加は、EAJがMAJよりも深刻なボトルネックを経た、という本論文の推測と矛盾しません。EAJがMAJと比較して少数の創始者の子孫だった一方で、これらの創始者が、そのヨーロッパの遺伝的祖先系統の観点ではより変動的だった、という可能性が高そうです。
●この研究の限界
初期AJ遺伝子プールへの具体的な人口集団の直接的寄与の定量化としての、祖先供給源についてのqpAdmモデルの解釈には要注意です。その理由は、（1）モデル間で推測された祖先系統の割合が広範囲であること、（2）イタリアにおける中東祖先系統の歴史的変動、（3）本論文では調べられなかった大きな空間のためです。代わりに、この結果は、AJの祖先供給源と、その古代の先祖との遺伝的連続性を有しているかもしれないし、有していないかもしれない、現代の人口集団との間の遺伝的つながりを反映しています。さらに要注意なのは、現代のAJについて満足なモデルを特定できないことと、qpAdmで現代人の供給源を用いて古代の人口集団をモデル化するさいの技術的困難です。
他の古代DNA研究と同様に、本論文の歴史的推測は時空間的に単一の遺跡に基づいています。これは、じっさいに本論文で推測されたように、本論文のデータが初期AJの完全な遺伝的多様性を表していないかもしれない、と示唆します（図4E）。しかし、単一の遺跡であっても、本論文の標本規模は比較的大きく（30個体超）、MAJには存在しない下部構造を把握できました。さらに、同じ創始者事象の共有とともに、MAJとの遺伝的連続性を示せました。別の限界は、疑似半数体データからの推測を困難とする、比較的少ない短いROHでの本論文の人口統計学的モデルの依存です。一般的に、本論文で推定された人口統計学的モデルは、完全で正確な人口統計学的再構築として解釈されるべきではありません。むしろ、観察された遺伝的データのおもな特徴を把握する、単純化されたモデル（恐らくは多くの単純化されたモデルの一つ）とみなされるべきです。
以上、本論文についてざっと見てきました。最近、イギリスのノリッジ（Norwich）遺跡の中世の井戸の底で発掘された6個体のゲノム配列データが報告されました（関連記事）。本論文と近い時期に刊行された論文なので、本論文ではその論文が直接的には言及されていませんが、本論文のHTML版では関連論文として取り上げられています。その論文では、1140年以前のAJにおけるボトルネックが推測されており、本論文と整合的と言えそうです。AJに限らずユダヤ人は人口史の解明がかなり進んでいる集団と言えそうで、今後の研究の進展により、さらに具体的な祖先集団が解明されていくのではないか、と期待されます。
参考文献：
Waldman S. et al.(2022): Genome-wide data from medieval German Jews show that the Ashkenazi founder event pre-dated the 14th century. Cell, 185, 25, 4703–4716.E16.
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.11.002
これらの観察は、高水準の同型接合連続領域（runs of homozygosity、略してROH）とともに、エアフルト共同体がすでに、現代AJに影響を及ぼした大きな人口規模減少を経ていた、と示唆します。エアフルト個体群のボトルネック（瓶首効果）はより深刻で、中世AJにおける下部構造を示唆します。全体的に本論文の結果は、AJの創始者事象と祖先系統の主要な供給源の獲得が14世紀に先行し、現代AJにはもはや存在しない後期中世の遺伝的異質性を浮き彫りにする、と示唆します。
●研究史
アシュケナージ系ユダヤ人（AJ）は、特徴的な民族宗教文化的集団として10世紀にラインラントで現れました。それ以来、AJ人口集団は地理的および人口の両方でかなり拡大し、地理的にはまずヨーロッパ東部、最近ではヨーロッパを越えて拡大し、人口は現在では約1000万人に達しました。ヒト遺伝学の初期から始まり、数十もの病原性の潜性（劣性）多様体が特定され、成功した妊娠前集団検診計画の発展につながりました。これらの多様体の大半はAJ以外ではひじょうに稀で、長く共有されたハプロタイプの背景に現れており、AJが少数の祖先の創始者の子孫であることを示唆しています。アシュケナージの「創始者事象」は、AJの40%が有するミトコンドリアの4系統でも明らかです。もっと最近の研究では、AJにおける同祖対立遺伝子（identity-by-descent、略してIBD）の高い割合が見つかっています。IBDとは、親族関係にない個体に存在するほぼ同一の長いハプロタイプで、創始者人口集団の特徴です。定量的モデル化では、AJは中世後期に急激な規模縮小（ボトルネック）を経ており、創始者の（有効）数が数百人だった、と示唆されました。
初期AJの起源は、その遺伝子プールを形成した混合事象の歴史とともに、議論の対象となっています。遺伝的証拠は、AJにおける混合した中東（ME）とヨーロッパ（EU）の祖先系統を裏づけます。これはどちらかの地域に起源がある片親性遺伝標識（母系のミトコンドリアDNAと父系のY染色体）と、AJが中東とヨーロッパの人口集団間の中間的な祖先系統を有している、と示す常染色体研究（関連記事）に基づいています。これらおよび他の常染色体研究は、AJ祖先系統を有する個体群が遺伝的に他の祖先系統の個体群と区別できることも示しています。最近のモデル化では、AJにおけるヨーロッパ祖先系統の大半はヨーロッパ南部関連起源と一致する、と示唆しており、AJにおけるヨーロッパ祖先系統の合計割合は50～70%と推定されました。AJ人口集団は全体的にひじょうに遺伝的に均質で、現在の居住国に基づく大きな祖先系統の違いはありません。しかし、ヨーロッパの東西間の起源で、AJ間の祖先系統における微妙な平均的違いがあります。
最近の進歩にも関わらず、創始者事象の時空間的位置づけや、混合事象の供給源と時期を含めて、問題が残っています。AJ形成の時期により近い年代に生きていた個体群のゲノムの研究は、これらの問題に光を当てる可能性があります。本論文は歴史時代のユダヤ人のDNA研究を提示し、ドイツのエアフルトの14世紀のAJに焦点を当てます。中世エアフルトのユダヤ人共同体は11世紀後期～1454年に存在しており、1349年の虐殺後の短い間隙がありました。本論文は、骨格が回復発掘調査で回収された33個体のゲノム規模データを報告します。本論文の結果から、エアフルトのアシュケナージ系ユダヤ人（EAJ）は遺伝的に現代のアシュケナージ系ユダヤ人（MAJ）と類似している、論証され、14世紀以降のAJ遺伝子プールへの遺伝子流動はほとんどなかった、と示唆されます。さらなる分析では、EAJはMAJよりも遺伝的に異質で、2つの下位集団の存在を裏づける一連の複数の証拠がある、と論証されました。その2つの下位集団の一方は、MAJと比較してヨーロッパ東部とより類似しています。EAJ人口集団は、MAJに影響を及ぼしたボトルネックと共有される最近のボトルネックの強い証拠を示します。それは、ミトコンドリア系統と病原性多様体を含めて、MAJにおいて高度に濃縮されたアレル（対立遺伝子）が、EAJでも一般的だからです。
●歴史的および考古学的状況と共同体の関与と標本収集
エアフルトの最初のユダヤ人共同体（1349年以前）は、テューリンゲン州では最古であり、その墓地は近隣の町でも使われていました。1349年の虐殺（ポグロム）において、エアフルトとその近隣の共同体のほとんどのユダヤ人は、虐殺されたか、追放されました。ユダヤ人は1354年にエアフルトに戻り、第二の共同体を形成しましたが、これはドイツで最大規模のユダヤ人共同体の一つです。本論文で調査された個体群は、エアフルトの中世ユダヤ人墓地の南西部に埋葬されており、ここは2013年に回復発掘調査が行なわれました。墓地の配置は図1Aに示されています。以下は本論文の図1です。
考古学的証拠から、この遺跡が第二の共同体により使用されていた、と暫定的に示唆されます。10個体の放射性炭素年代測定から、全個体は1270～1400年頃に生きていた、と論証されますが、データは、この遺跡が第一共同体か第二共同体に使用されていたのかどうかについて、14世紀半ばころの炭素14較正曲線における揺れのため、情報をもたらしません。推定死亡時年齢の範囲は5～60歳で、33個体のうち14個体（42%）は20歳未満と推定されました。死因は個体I14904のみで決定され、この個体は鋭利な物体により頭部を数回殴られて死亡しました。
EAJが従ったユダヤ教のラビの法は、ほとんどの目的でユダヤ人の発掘を禁止しており、死者を妨げることも禁止しています。ユダヤ人個体の古代DNA検証についてのラビの議論は最近になってようやく現れ、ユダヤ教のラビの指導の確立について中央集権的機関はありません。この研究の一部として、研究者は、提案された研究計画を再検討し、分離した歯のみを用いて、分析はすでに発掘された個体でのみ行なう、という条件で研究計画に承認した、ラビの権威者と連携しました。この研究はその後、テューリンゲン州のユダヤ人共同体により承認されました。これらの指針に従って、38点の骨格遺骸から歯が標本抽出されました。
●標本と親族関係
DNAが既存の実施要綱にしたがって抽出され、ライブラリが準備され、約124万のSNP（一塩基多型）で濃縮されました。次に、濃縮ライブラリと非濃縮ライブラリが配列され、複数の測定基準を用いて、汚染がひじょうに低水準と論証されました。33個体で品質管理に合格したゲノム規模データが得られ、女性が19個体、男性が14個体でした。ヒト配列の中央値は0.03（0.0003～0.67）で、常染色体標的の網羅率中央値は0.45倍（0.01～2.48倍の範囲）でした。少なくとも1配列で網羅されるSNPの中央値は383000（11000～842000の範囲）でした。子供の網羅率は成人より有意に低い、と示されました。DNA配列でペスト菌（Yersinia pestis）の痕跡は見つかりませんでした。
1親等の関係に基づいて2つの家族が特定されました。家族Aは、母親と息子と娘で構成されます。家族Bは父親（上述の頭部を殴打されて殺害された個体）と娘で構成されます（図1B）。家族Aの子供2人は相互に隣同士に埋葬され、家族Bの2人も同様です（図1A）。家族Aの母親はその子供から3列離れて埋葬されており、他の全ての被葬者とは反対の向きでした（図1A）。遠い親族関係の3個体も特定され、2親等の親族である可能性が高く、そうした個体は全員隣同士で埋葬されていました（図1A）。そのうち2個体のみが、本論文の標本ではミトコンドリアDNA（mtDNA）ハプログループ（mtHg）U5a1a2aを有していました。しかし、これら3個体のデータは、1親等もしくは親族関係ではないこととも一致しており、それは低網羅率に起因する可能性が高そうです（SNPは13000と15000と38000）。
●祖先系統推定と中世の人口構造
EAJ個体群の祖先系統を分析するため、それぞれ網羅されたSNPについて単一の無作為配列を用いて、そのゲノムが「疑似半数体」として表されます。EAJがヒト起源データセット（Human Origins dataset）の現代人のゲノムと統合され（約593000の常染色体SNPで、その全てはEAJでも濃縮されました）、これは7個体のAJおよび86個体の他のユダヤ人も含んでいます。EAJ個体群が、ヒト起源データセットのユーラシア西部個体群（994個体）から習得された主成分に投影されました。EAJの8個体は統合後にSNPが50000未満で、信頼できる投影ができません。これらの個体は「低網羅率」と呼ばれ、主成分分析（PCA）から除外されました。
PCA図では、EAJ個体群はMAJや他のヨーロッパ地中海人口集団と重なりました。興味深いことに、EAJはMAJよりもヨーロッパ地中海東部勾配に沿って変動性が高い、と示されました。MAJと比較してのEAJにおけるより高い変動性は、ADMIXTURE分析と同様に、ずっと大規模なMAJ標本を投影しても観察されました。K（系統構成要素数）平均値を用いて、2集団へのPC1軸とPC2軸の座標に基づいて、EAJ個体群がクラスタ化されました（まとめられました）。一方の集団は「エアフルトEU」と呼ばれ、ヨーロッパの人口集団の個体群のより近くに位置しましたが、もう一方の「エアフルトME」と呼ばれる集団は、中東（ME）の人口集団のより近くに位置します（図2）。以下は本論文の図2です。
一連の複数の証拠が、連続勾配と比較してEAJの二分について統計的裏づけを提供します。「間隙統計」分析では、クラスタ（まとまり）の最適数は2と示唆され、別の手法では、クラスタは有意に異なる、と示されました。集団遺伝学的観点からこの問題を調べるため、2つのシナリオが模擬実験されました。それは、全ての個体群の人口史が同じ場合と、下位集団でヨーロッパにおいて追加の混合事象があった場合です。この単一集団模擬実験（2集団の模擬実験ではありません）の要約統計はEAJとは有意に異なっており、2つの異なる下位集団の存在が再び裏づけられました。2つの追加の手法を用いてEAJ個体群を2つの集団にクラスタ化することも、確証されました。これらの結果は、EAJにおける少なくとも2つの遺伝的に異なる集団の存在（重なる可能性がある場合でさえ）を裏づけます。
2つのエアフルト下位集団をさらに特徴づけるため、それらが別々に分析され、ヨーロッパ東部もしくはヨーロッパ西部起源のMAJとどのように関連しているのか、検証されました。西部MAJは、PCAではほぼ完全にエアフルトMEと重なりました。東部MAJはEAJの2集団間の中間に位置し、エアフルトMEの方とより近くに位置ました。エアフルトME集団は現在のトルコ系（セファルディム系）ユダヤ人とも重なりました（図2）。
f4統計を用いて、EAJとMAJと他のヨーロッパおよび中東人口集団との間の遺伝子流動の証拠が検証されました。まずf4形式（MAJ、EAJ；X、チンパンジー）の検定が実行され、Xはユーラシア西部の任意の人口集団です。その結果、Xがヨーロッパ東部からヨーロッパ中央部および西部と地中海と中東へと変わるにつれて、Z得点の増加が示されたので、EAJに対するMAJとの類似性が増加しました（補足図3A）。同じ傾向はf4形式（MAJ、エアフルトEU；X、チンパンジー）の検定でも観察されましたが、その傾向はf4形式（MAJ、エアフルトME；X、チンパンジー）の検定では逆でした。
これらの結果はPCAと一致しており、エアフルトEUはエアフルトMEもしくはMAJよりも多くのヨーロッパ、とくにヨーロッパ東部祖先系統を有している、と示唆されます。同じく、f4形式（エアフルトEU、エアフルトME；X、チンパンジー）の検定では、Xがヨーロッパ東部からヨーロッパ中央部および西部と地中海と中東へと変わるにつれて、エアフルトMEとの類似性増加が示されました（補足図3B）。最後に、f4形式（MAJ、X；EAJ、チンパンジー）の検定では、Xが任意の非アシュケナージ系ユダヤ人とされ、全てのXについて正でひじょうに大きく、EAJ（下位集団両方が含まれます）が他のあらゆるユダヤ人集団とよりもMAJの方に近い、と示唆されます（補足図3C）。以下は本論文の補足図3です。
ヨーロッパ東部人口集団とのエアフルトEUの類似性増加は、ボヘミアやモラヴィアやシレジアからエアフルトの第二共同体への歴史的に記録された家族の移住と関連しているかもしれません。一部のEAJ個体に移民の証拠があるのかどうか検証するため、歯のエナメル質に由来する生体燐灰石で安定同位体分析が実行されました。炭素13および酸素18のエナメル質の値は、図3Cにおいて高網羅率の個体について図示され、2つの遺伝的集団間の安定同位体比の異なる分布を示します。その違いは酸素18において有意で、エアフルトEUとエアフルトMEとの間の幼少期における水源の平均的違いを示唆しています。墓地における墓の場所と集団の帰属との間、もしくはPC1軸とPC2軸の座標間の相関は見つからず、これらの集団は遺伝的に異なっているものの、文化的もしくは時間的に分離されている証拠は示されません。以下は本論文の図3です。
qpWave分析では、EAJとMAJは非ユダヤ系ヨーロッパ人に関してクレード（単系統群）を形成することと一致します。EAJとMAJとの間のこの遺伝的類似性は、生存年代が600～700年離れているにも関わらず、この期間の高度の内婚を示唆します。模擬実験を用いて、過去20世代におけるAJとヨーロッパ東部人との間のあらゆる仮定的な混合事象は、AJ遺伝子プール全体の最大2～4%の置換に限定されたに違いない、と推測されました（1世代あたり最大0.2%の置換）。エアフルトEUもしくはエアフルトMEとの同じqpWave分析は、とくにエアフルトEUでより低いp値となり、これらの各集団だけでは現代のAJ遺伝子プール全体を完全には表せない、と示唆されます。EAJもしくはMAJを（現代の）トルコ系ユダヤ人かイタリア南部人かドイツ人に置換すると、全てのp値は0.05未満となり（人口集団の任意の組み合わせがクレードであることとの不一致を示唆します）、最高のp値はエアフルトMEとトルコ系ユダヤ人を比較した場合に観察されました。qpWaveが繰り返され、人口集団の組み合わせが非ユダヤ系の中東人口集団についてクレードを形成するのかどうか、検証されました。MAJおよびEAJ/エアフルト下位集団と、これら人口集団のどれかとトルコ系ユダヤ人の比較ではP値は0.05超で、これらの人口集団は中東祖先系統の類似の起源を有している、と示唆されます。
●定量的な祖先系統モデル化
qpAdmを用いて、EAJの祖先系統供給源の定量的モデルが検証されました。上述のPCAと以前の研究のモデル化に基づいて、EAJを以下の供給源の混合とするモデルが検証されました。それは、ヨーロッパ南部（イタリアの南部もしくは北部の人々）、中東（ドルーズ派、エジプト人、ベドウィン人、パレスチナ人、レバノン人、ヨルダン人、シリア人、サウジ人）、ヨーロッパ東部（ロシア人）です。古代人の供給源とのモデル化が失敗したので、供給源として現代の人口集団が用いられました。イタリア南部人との複数のモデルは妥当で（p値が0.05超）、AJ人口集団の供給源としてイタリア半島を示す歴史的モデルと一致するでしょう。平均的な混合割合は、イタリア南部65%、中東19%、ヨーロッパ東部16%でした（図3A）。この結果は、塩基転換だけを用いた場合と全てのSNPを用いた場合や、さまざまな外群人口集団を用いた場合や、より少ないSNPを用いた場合でも定量的に変わらない、と確認されました。混合年代の推定値は、本論文の設定では信頼できません。
他の供給源、とくに地中海とのモデル化も、EAJのデータと適合する可能性があります。供給源としてイタリア北部人とのモデルは、イタリア北部37%、中東43%、ヨーロッパ東部20%の割合の祖先系統です（図3A）。供給源としてギリシア人とのモデルは、ギリシア51%、中東32%、ヨーロッパ東部17%の祖先系統の割合です。（中東およびヨーロッパ東部に加えて）スペインもしくはアフリカ北部供給源とのモデルは、妥当ではありませんでした。単一の供給源として統合された全ての地中海人口集団（他の供給源としてヨーロッパ東部と中東とギリシアとイタリア）とのモデルは、地中海89%とヨーロッパ東部11%の祖先系統割合のデータと一致します。ロシア人の代わりのヨーロッパ西部供給源（ドイツ人）とのモデルは、妥当ではありませんでした。アジア東部人からのわずかな祖先系統構成要素についても、裏づけはありませんでした。
次にqpAdmを用いて、EAJとMAJと他のユダヤ人集団との間の関係が調査されました。エアフルトMEは、トルコ系（セファルディム系）ユダヤ人（混合割合は97%）とドイツ人（混合割合は3%）でモデル化できます。エアフルトEUは、エアフルトME（混合割合は69%）とロシア人（混合割合は31%）でモデル化できます。各EAJ個体についてイタリア南部とレバノンとロシアの供給源でのモデルを用いると（図3B）、ヨーロッパ東部構成要素において顕著な変動性が見つかりました。このヨーロッパ東部構成要素の割合は平均して、エアフルトEU個体群では33%でしたが、エアフルトMEの13個体のうち9個体では推測されませんでした。同様の変動性は、イタリア北部供給源を用いて観察されました。MAJは、エアフルトME（87%）とロシア（13%）、もしくはエアフルトME（86%）とドイツ（14%）でモデル化できます。MAJは、エアフルトME祖先系統60%とエアフルトEU祖先系統40%でもモデル化できます。
まとめると、この結果から、エアフルトMEが、ヨーロッパ西部起源の現代AJにほぼ混合していない子孫を残したセファルディム系ユダヤ人と遺伝的に近い人口集団である一方で、エアフルトEUは追加のヨーロッパ東部関連の混合を経た、と示唆されます。現在のAJの大半は、エアフルトの2集団により表される人口集団のほぼ均等な混合として形成されました。言語学と文化と姓名の研究では、ヨーロッパ西部のAJ間の違いが見つかっており、初期のラインラント共同体と、ヨーロッパ中央部および東部のAJが表されます。この結果から、エアフルトMEとエアフルトEUはそれぞれ、西部AJ集団、中央部および東部AJ集団と関連しているかもしれない、という仮説が提案されます。非遺伝的差異は16世紀までにほぼ消滅し、現代AJにおける大きな遺伝的構造の欠如と一致します。
要注意なのは、本論文で推測された供給源人口集団の具体的な自己認識は、混合割合と同様に、正確とみなされるべきではない、ということです。これは、真の祖先供給源の代理としての現代の人口集団への依存と同様に、EAJのデータと一致する複数のヨーロッパ南部人口集団に起因します。イタリアにおける中東祖先系統の水準（関連記事1および関連記事2および関連記事3）と中東人口集団も過去2000年間に、とくにアフリカ人との混合で、人口統計学的変化を経てきました。本論文で調査された広範なモデル一式下で、EAJにおける中東祖先系統は19～43%、地中海ヨーロッパ祖先系統は37～65%と推定されます。しかし、真の祖先系統の割合は、これらの範囲で示唆されるよりも高いか低い可能性があります。したがって、この結果は、AJの祖先供給源は現在の地中海ヨーロッパと中東に暮らす人口集団とのつながりを有している、と提案されることにのみ解釈されるべきです。
●エアフルトユダヤ人の歴史における創始者事象の証拠
同祖対立遺伝子（identity-by-descent、略してIBD）ハプロタイプとmtDNA系統（mtHg）と病原性多様体の以前の分析では、AJは中世の創始者事象を経た、と示唆されました。しかし、この創始者事象の詳細は完全には解明されていません。mtDNA系統と同型接合連続領域（runs of homozygosity、略してROH）とMAJで豊富な多様体という3情報源を用いて、EAJ人口集団が同じ創始者事象により形成されたのかどうか、検証されました。
EAJのmtDNA系統は補足データ2のS2に一覧があり、最も一般的なアシュケナージの4系統の保有者数は補足データ1の表4にあります。注目すべきことに、親族関係にないEAJの31個体のうち11個体（35%）はmtHg-K1a1b1aで、これは非ユダヤ人祖先系統の個体ではほぼ存在しません。これはMAJにおける20%よりも高い頻度です。この11個体は全て、部位16223における単一のC/T（シトシンとチミン）多型を除いて、同一の配列を有していました（シトシン多型の保有者は11個体のうち3個体）。MAJとEAJのmtHg-K1a1b1a保有者の接合ベイズ分析（EAJ個体群の既知の年代を考慮）は、最新の共通祖先の中央値の事後時間について1500年前頃を示唆し、それは以前の点推定値よりわずかに早いものの、高い不確実性があります（95%最高事後密度間隔で6700～650年前）。
エアフルトMEにおけるmtHg-K1a1b1aの頻度（54%、13個体のうち7個体）は、エアフルトEUの頻度（20%、10個体のうち2個体）より高かった、と分かりました。その違いは、小さな標本規模を考えると統計的に有意ではありませんでしたが、エアフルトMEにおけるmtHg-K1a1b1aのより高い頻度は、ヨーロッパ西部起源のAJにおけるより高い頻度と一致します。他のAJ創始者系統のうちEAJでは、2個体がmtHg-K1a9、1個体がmtHg-N1b1b1（N1b2）で、mtHg-K2a2a1の個体はいませんでした。
全体的に、mtDNAの結果は、EAJがMAJに影響を及ぼしたのと同じボトルネックに影響を受けた、という証拠を提供します。同型接合連続領域（runs of homozygosity、略してROH）は、両親が遺伝的に親族関係にある個体群で現れ、創始者人口集団でも予測されます。hapROHを用いて、EAJにおけるROHが検出されました。少なくとも40万のSNPを網羅している、16個体に焦点が当てられました。EAJ個体群は、歴史的記録の他のほとんどの個体と比較して、かなり高水準のROHを有しており、4 cM（センチモルガン）以上の断片で1個体あたり平均44cMありました（8cM超の断片では30cM、20cM超の断片では14cM、図4C）。これらの結果は、EAJが強いボトルネックの影響を受けた、という仮説に追加の裏づけを提供します。以下は本論文の図4です。
次に、MAJに固有（もしくはほぼ固有）で、EAJにも存在する多様体が検討されました。AJ創始者アレルは、MAJにおいて頻度0.5%超で、ヨーロッパ人において0.01未満で、中東人において1%以下だった、溶液内濃縮により標的とされたSNPにおけるマイナーアレル（必ずしも疾患原因ではありません）として定義されました。全体として、216点のAJ創始者アレルが特定されました。これらのうち、15点はEAJの少なくとも1個体に存在しました。この数は、EAJがボトルネックの後だった、というシナリオ下で予測されるのかどうか決定するため、MAJアレル頻度が用いられ、2項式模擬実験が実行されて、EAJの標本規模と個体あたりの網羅率を考慮した場合の、観察されたアレル数が推定されました。EAJ的個体における模擬実験されたアレル数の2.5と97.5の百分位数は、14と32でした。これらの予測されるアレル数は、やや過大に推定されている可能性が高そうで、それは、MAJ祖先系が限界を超えたアレルでの条件付けに起因します。したがって、EAJにおける15点の創始者アレルの存在は、EAJがすでにAJボトルネックを経ていた場合に予測される範囲内です。
●創始者事象の人口統計学的モデルの推測
AJボトルネック媒介変数を定量的に推定するため、同祖対立遺伝子（identity-by-descent、略してIBD）共有に基づいて人口統計学的モデルが推測されました。Tb世代に始まり、d世代続いて、その後に指数関数的に拡大する有効規模Nbのボトルネックを経た、一定の（有効）規模の祖先人口集団のモデルで始められました（図4A）。MAJの637個体について全ゲノム配列決定データが用いられ、IBDseqを用いてIBD断片が推測されました。次に、最尤法を用いてボトルネック媒介変数が推定されました。Nbは1563個体（2倍体の個体、95%信頼区間では1364～1751個体）、Tbは41世代（95%信頼区間では39～43世代）、dは20世代（95%信頼区間では15～24世代）です（図4A）。IBD断片の予測数（図4Aのモデルに基づいています）は、MAJのデータの数との良好な適合を提供します（図4B）。1世代25年と仮定すると、本論文のモデルはボトルネックの開始を1000年前頃、つまり初期AJ共同体の形成の頃に位置づけます。同じMAJの個体群でROHを用いてひじょうに類似したモデルが推測され、実証的データとよく適合します（図4B）。
次に、本論文で推測された人口統計学的モデルが、MAJとEAJとの間の遺伝的類似性を考慮して予測される、古代EAJのデータ（650年の違いを考慮した後で）に良好な適合を提供するのかどうか、という決定が試みられました。しかし、EAJにおけるROH数はこのモデル（図4A）に基づくと、とくに短い断片と中間的な断片で予測を上回っており（図4D）、エアフルトのボトルネックはもっと深刻だったに違いない、と示唆されます。以前の模擬実験結果と本論文のさらなる調査を考えると、この間隙が偽陽性のROH呼び出しに起因する可能性は低そうです。EAJにおける親族関係のモデル化は、短いROHの過剰を説明しませんでした。古代人のデータに適合させるには、エアフルトのボトルネックは現代人のIBDに基づく予測と比較して、3.0倍狭いか、2.4倍長かったに違いありません（図4D）。しかし、これらのボトルネック媒介変数は、現代人のデータに適合しませんでした。古代人と現代人両方のROHデータに最適な適合モデルも、良好な全体的適合を提供しませんでした。まとめると、これらの結果から、図4Aの単一の人口集団（および単一のボトルネック）モデルは、AJの人口史を完全には説明していない、と示唆されます。
エアフルト人口集団のみが単一のAJ中世遺跡を表していることを考えると、本論文のモデルで欠けている構成要素は中世の下部構造である、と仮定されました。したがって、AJ人口集団がボトルネックの開始に異なるボトルネック強度を経た2集団に分岐し、そのうち一方がEAJに、他方が標本抽出されていない集団により表される、というモデルが検討されました。模擬実験により示されるのは、本論文の手法は現代人と古代人のデータ量できょくたんな不均衡が存在する場合でさえモデル媒介変数を推測できる、ということです。最適なモデル（図4E）では、ボトルネックはTb=46世代前（95%信頼区間では36～58世代前）に始まり、d=22世代（95%信頼区間では9～36世代）続きました。EAJにより表される集団は、規模Nb=627（95%信頼区間で355～958）の狭いボトルネックを経ており、MAJの遺伝子プールに52%（95%信頼区間で41～99%）寄与しました。残りの寄与は、他のAJ集団と統合した場合、最初のボトルネックを経なかったものの、ボトルネックの末にのみ収縮した、第二の集団に由来しました（図4E）。このモデルは、現代人と古代人両方のデータによく適合します（図4F）。媒介変数ブートストラップ法を用いて、好適な一致は過適合に起因しない、と論証されます。
本論文のモデルは、いくつかの仮定を立てています。第一に、全ての人口統計学的事象は別々の時期に起きました。第二に、非エアフルト下位集団は最初のボトルネックを経ませんでした。第三に、非AJ人口集団からの、もしくはAJ下位集団間の遺伝子流動はありませんでした。第四に、人口集団の分岐と統合は、ボトルネックの開始と終焉にそれぞれ一致しました。第五に、ボトルネックはその期間を通じて一定規模のままでした。これらの仮定がひじょうに特有であることを考えると、この結果は、人口統計学的モデルの正しい形式の説明として解釈されるべきではありません。代替的なモデル、とくにより複雑なモデルを除外できません。本論文の結果は、さまざまなボトルネック強度を経てきたさまざまな集団を有する下部構造のモデルが、現代人と古代人のハプロタイプ共有データをどのように再現できるのか示す、事例証明として機能します。
●病原性多様体
EAJがAJ創始者事象を経たならば、EAJは現在のAJで多い病原性多様体の一部を有している、と予測されます。ヨーロッパ人とアジア東部人において高頻度の多様体を除外した後、62の病原性多様体の一覧が集められました。これらのうち6点だけが、本論文の124万濃縮SNPに含まれており、補完を用いて追加の多様体が調べられました。702個体のMAJの全ゲノムの参照パネルと、2つの補完手法が用いられました。一方の手法はPHCP（Pseudo-Haploid ChromoPainter、疑似半数体ChromoPainter）と呼ばれ、入力として疑似半数体SNPデータを取ります。これは倍数体のリー・ステファンズ隠れマルコフモデルに基づいています。もう一方の手法は、ゲノム規模配列データに基づくGLIMPSEです。メンデルの一貫性と遺伝子型決定された創始者アレルの隠蔽を用いて、PHCPの高精度が確証され、同様に、これら2手法間の高い一致が確認されました。
EAJのゲノムで、11点の高い信頼性の病原性多様体が発見されました。5点の追加の多様体が、低い信頼性で検出されました。EAJの8個体が高い信頼性の多様体を有しており、各多様体は少なくとも1回は見られます。発見された多様体のうち6点は、現代人のゲノムデータを用いて以前に年代測定され、起源の推定年代は14世紀の存在と一致します。多様体のほとんどは、妊娠前の集団検診パネルに含まれる遺伝子にあります。補完は多様体のあるハプロタイプの存在を論証するものの、多様体自体を論証するわけではないことに要注意です。しかし、遺伝子型決定された創始者アレルで観察された低い偽陽性率は、このシナリオが一般的であることに反論しています。
最後に、選択された非医学的もしくは多遺伝子と関連する多様体が評価されました。ラクターゼ（乳糖分解酵素）活性持続（LP）と、目と髪の色素沈着と、（推定される）伝染病の危険性についての多様体は、EAJとMAJとの間で類似のアレル頻度です。成人13個体の骨学的身長推定値は、身長の多遺伝子得点と相関していたものの、有意ではありません。
●考察
歴史上実在したAJ個体群のゲノム規模データの分析により、初期AJの起源に関する理解が深められます。EAJの祖先系統は、PCAやADMIXTURE やqpWave 分析により明らかなように、MAJの祖先系統と密接に関連しており、過去700年間にわたるAJ祖先系統の高水準の連続性が示唆されます。しかし、EAJ個体群はMAJより多くの変動的な祖先系統を有しており、わずかなヨーロッパ東部関連祖先系統構成要素の存在により階層化されました。一連の複数の証拠から、EAJ人口集団はすでにMAJと共有される「ボトルネック」を経ていた、と示唆されます。それは、アシュケナージの創始者mtDNA系統（mtHg）の高頻度と、AJで多い病原性多様体および他のアレルの存在と、長いROHです。先行研究と一致して、AJ拡大の開始年代は20～25世代前と推定されました。
本論文の古代DNAデータにより、パターンの特定が可能となりました。具体的には、本論文の結果から、AJ人口集団は現在よりも中世においてより構造化されていた、と示唆されます。エアフルト内では、一方の集団はヨーロッパ東部関連祖先系統が豊富でしたが（図2および図3B）、もう一方の集団はヨーロッパ西部起源のMAJおよびセファルディム系ユダヤ人と近い祖先系統を有していました（図2）。この2集団は、エナメル質の酸素18の水準も異なっていました（図3C）。本論文の結果は、エアフルト内のより細かい区分さえ除外できず、中世AJはエアフルトを超えてさらに構造化されていたかもしれません。対照的に、現在のAJは顕著に均質です。これは、祖先系統の全体的な供給源が中世と現代のAJの間で類似したままであったとしても、中世以来の内婚とAJ内の混合が、AJ遺伝子プールの均質化に寄与してきた、と示唆します。以下は本論文の要約図です。
中世後期に、AJ人口集団が言語学的および文化的に東西の軸に沿って分裂したことを示唆する非遺伝的データに基づいて、2つのエアフルト下位集団の自己認識について推測できます。西方AJ集団はエアフルトMEと対応している可能性があり、ラインラントにおける初期AJ入植者の子孫を表している可能性が高そうです。ある資料は、エアフルトが2集団間の境界に位置すると明示的に記載しており、14世紀には、エアフルトでの名前は東西両AJに典型的でした。これらの点は、東方からの第二エアフルト共同体への移住についての証拠とともに、両方の遺伝的集団に属する個体群がエアフルトに存在した理由を説明できるかもしれません。エアフルトにおける遺伝的多様性の増加は、EAJがMAJよりも深刻なボトルネックを経た、という本論文の推測と矛盾しません。EAJがMAJと比較して少数の創始者の子孫だった一方で、これらの創始者が、そのヨーロッパの遺伝的祖先系統の観点ではより変動的だった、という可能性が高そうです。
●この研究の限界
初期AJ遺伝子プールへの具体的な人口集団の直接的寄与の定量化としての、祖先供給源についてのqpAdmモデルの解釈には要注意です。その理由は、（1）モデル間で推測された祖先系統の割合が広範囲であること、（2）イタリアにおける中東祖先系統の歴史的変動、（3）本論文では調べられなかった大きな空間のためです。代わりに、この結果は、AJの祖先供給源と、その古代の先祖との遺伝的連続性を有しているかもしれないし、有していないかもしれない、現代の人口集団との間の遺伝的つながりを反映しています。さらに要注意なのは、現代のAJについて満足なモデルを特定できないことと、qpAdmで現代人の供給源を用いて古代の人口集団をモデル化するさいの技術的困難です。
他の古代DNA研究と同様に、本論文の歴史的推測は時空間的に単一の遺跡に基づいています。これは、じっさいに本論文で推測されたように、本論文のデータが初期AJの完全な遺伝的多様性を表していないかもしれない、と示唆します（図4E）。しかし、単一の遺跡であっても、本論文の標本規模は比較的大きく（30個体超）、MAJには存在しない下部構造を把握できました。さらに、同じ創始者事象の共有とともに、MAJとの遺伝的連続性を示せました。別の限界は、疑似半数体データからの推測を困難とする、比較的少ない短いROHでの本論文の人口統計学的モデルの依存です。一般的に、本論文で推定された人口統計学的モデルは、完全で正確な人口統計学的再構築として解釈されるべきではありません。むしろ、観察された遺伝的データのおもな特徴を把握する、単純化されたモデル（恐らくは多くの単純化されたモデルの一つ）とみなされるべきです。
以上、本論文についてざっと見てきました。最近、イギリスのノリッジ（Norwich）遺跡の中世の井戸の底で発掘された6個体のゲノム配列データが報告されました（関連記事）。本論文と近い時期に刊行された論文なので、本論文ではその論文が直接的には言及されていませんが、本論文のHTML版では関連論文として取り上げられています。その論文では、1140年以前のAJにおけるボトルネックが推測されており、本論文と整合的と言えそうです。AJに限らずユダヤ人は人口史の解明がかなり進んでいる集団と言えそうで、今後の研究の進展により、さらに具体的な祖先集団が解明されていくのではないか、と期待されます。
参考文献：
Waldman S. et al.(2022): Genome-wide data from medieval German Jews show that the Ashkenazi founder event pre-dated the 14th century. Cell, 185, 25, 4703–4716.E16.
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.11.002
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