التنوع الجيني للسودانيين: رؤى حول الأصل وآثاره على الصحة

05:22 AM June, 07 2024

سودانيز اون لاين
Mohamed Omer-
مكتبتى
رابط مختصر

التنوع الجيني للسودانيين: رؤى حول الأصل وآثاره على الصحة

منتصر ابراهيم

مجلة علم الوراثة الجزيئية البشرية، المجلد 30، العدد R1، 1 مارس 2021، الصفحات R37 – R41، https://doi.org/10.1093/hmg/ddab028https://doi.org/10.1093/hmg/ddab028

خلاصة

بحكم تراثهم الثقافي واللغوي والوراثي، فإن العديد من سكان السودان لديهم تاريخ عميق في المنطقة ويحتفظون بتنوع وراثي كبير. وربما يكون موقع السودان في شمال شرق أفريقيا، وهو مكان فريد يُعتقد أنه بمثابة ملجأ مناخي خلال فترات الظواهر المناخية المتطرفة، هو الذي أملى هذا المصير. ومن بين النتائج الملحوظة لهذا التنوع إمكانية توفير معلومات عن أصل وبنية السكان البشريين داخل القارة وخارجها، وكذلك أنماط الهجرة نحو أجزاء مختلفة من القارة الأفريقية، وخارج أفريقيا. كما أن مجموعة الجينات السودانية المتنوعة لديها القدرة على تقديم معلومات عن التكيفات الجينية التي تحركها الثقافة والبيئة مما يؤدي إلى سمات فريدة ومثيرة للاهتمام، وبعضها لم يتم التحقيق فيه بعد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه الجينومات أن تقدم أدلة على القضايا المعقدة المتعلقة بالسببية وسط التحدي المتمثل في النماذج الجديدة في علم الأحياء التي تدعمها الثورة الجينومية.



يساهم سكان السودان في استنتاجات حول التاريخ العميق للبشر داخل أفريقيا. لقد كان البشر قادمين جدد إلى عالم عمره 5 مليارات سنة، والذي كان قد وُهِب بالفعل هبة الحياة لمدة 3.5 مليار سنة على الأقل. إن النهضة المقدرة لأنواعنا الفرعية تقع في حدود 100-300 ألف سنة مضت . تسلط عدة أدلة من مجال الحفريات الضوء على الدور المركزي لشرق أفريقيا في التاريخ البشري العميق . يجتازها نهر النيل والأنهار الجارية والموسمية الأخرى ويحدها الصحراء الكبرى والسافانا والهضبة الإثيوبية، وتساهم جميعها في البيئة الفريدة التي تشكل شمال شرق أفريقيا، حيث توجد أعلى وفرة من حفريات أشباه البشر. والسبب بسيط: موقعه. ويشكل شمال شرق أفريقيا وامتداده إلى الصحراء الكبرى جيبا طبيعيا في أوقات الظروف البيئية القاسية وتعاقب الدورات المناخية فيما يعرف بالنبضات المناخية . خلال الفترة الانتقالية الأخيرة من العصر الجليدي إلى العصر الجليدي، والمعروفة باسم الفترة الرطبة الأفريقية، لم تكن الصحراء صحراء. تصور الرسومات الصخرية مشهدًا من المساحات الخضراء وبيئة السافانا الخصبة مع الحياة البرية المشابهة لشرق سيرينجيتي- السهل الواسع الواقع في تنزانيا، إلى الغرب من وادي الصدع العظيم -- في شرق إفريقيا اليوم. لقد كانت الحاضنة المثالية، وربما البيئة الملهمة، هي التي أدت إلى التغييرات التي كانت على وشك الحدوث.

على الرغم من أن الموقع الذي ظهر فيه البشر في أفريقيا لا يمكن تتبعه إلى إحداثيات دقيقة، إلا أنه يمكن إجراء استنتاجات جوهرية بناءً على كل من علم الوراثة وعلم الآثار، حيث تدعم الأدلة الوفيرة الدور الهام الذي تلعبه شمال شرق أفريقيا . ربما تكون أشكال اللغة المبكرة، والسمات المظهرية المبكرة، والصفات التكيفية المبكرة قد ظهرت كاستجابة للتحديات التي خلقها طيف البيئات التي واجهها البشر الأوائل. إن محور الساحل الذي يمتد طولياً من السهل إلى الجبل، ومن الجاف إلى الرطب، ومن البارد إلى الحار، يقدم طيفاً نادراً ما يوجد في أي مكان آخر. مع وجود أدلة على استمرارية الاستيطان البشري بين البحر الأحمر وبحيرة تشاد، يتميز السودان والمنطقة الممتدة حوله بوفرة التحف الحجرية والبقايا البشرية الأحفورية خلال الفترات الرئيسية للتطور البشري الحديث بدءًا من العصر الحجري الأوسط (300-30 ألف سنة) )، وهي فترة ربما لا تمتد إلى أكثر من 190000 سنة مضت، إلى العصر الحجري الوسيط. خلال الفترة الأخيرة، المعروفة باسم الفترة الرطبة الأفريقية (AHP)، حدث تحول أساسي في الظروف المناخية إلى بيئة رطبة من حوالي 12000سنة ، مما أدى إلى ظهور الأراضي العشبية على جانبي وادي النيل. أصبح "وادي حوار" في شمال غرب السودان سلسلة من الأنهار والبحيرات، مما سمح للإنسان بالسكن في ما يعرف الآن بالمناطق الصحراوية، جزئيًا في مستوطنات مستقرة على طول مجاري الأنهار وجزئيًا في المناطق المحتلة موسميًا. وكان صيد الأسماك والقنص وجمع النباتات والفواكه هي المصادر الأساسية للبقاء . تم العثور في جميع أنحاء العاصمة السودانية الخرطوم على بقايا إحدى قرى الصيد الأولى التي ارتبطت بمصايد الأسماك والفخار. إنه أحد أقدم المواقع الفخارية في أفريقيا. ثورة العصر الحجري الحديث (8000-4500 سنة مضت) هو المصطلح الذي يطلق على الثورة الزراعية الأولى، ويصف الانتقال من الصيد وجمع الثمار إلى الرعي والزراعة. كما اعتمدته لأول مرة مختلف المجتمعات البشرية المستقلة في عصور ما قبل التاريخ، كان العصر الحجري الحديث في السودان يقع بين جنوب مصر ووسط السودان حول وادي النيل. يتميز النصف الثاني من الألفية السادسة قبل الميلاد بمناخ جاف بشكل متزايد. من الصعب إعادة تحديد أصول وتجمعات السكان، حيث تم اكتشاف عدد قليل من بقايا الهياكل العظمية المحفوظة جيدًا .



تشير الأدلة الجينية الجزئية أيضًا إلى فترة ممتدة من الاستيطان البشري قبل حدوث أول توسع كبير خارج إفريقيا منذ حوالي 40 إلى 60 ألف عام، على الرغم من أن تاريخ الانتشار الرئيسي "خارج إفريقيا" لا يزال غامضًا وبه هامش خطأ واسع. يعتقد العلماء أن التوسعات ربما كانت نتيجة لمجموعة من الأسباب بما في ذلك التغير البيولوجي الذي أدى إلى ظهور سمات وثقافات جديدة بما في ذلك تطور الفنون واللغة وتقنيات صنع الأدوات الجديدة. من المحتمل أن الهجرة البشرية بعيدة المدى لم تحدث أولاً خلال سيناريو الخروج من أفريقيا. ربما حدثت التوسعات الديموغرافية للصيادين وجامعي الثمار في وقت سابق. تُظهر الدراسات الوراثية، المستندة إلى كل من الصيادين وجامعي الثمار في العصر الحديث والحمض النووي القديم، وجود مجموعة من الارتباطات الوراثية بين الصيادين وجامعي الثمار في شرق وجنوب أفريقيا . قد تكون آثار لغات النقر بين مجتمعات الصيد هي الإرث المتبقي للاتصال السكاني والتبادل الجيني على طول هذا الطريق. أدت التغيرات الثقافية التي انعكست في الأدوات الجديدة لاحقًا إلى ظهور الزراعة وتدجين الحيوانات، و كانت الأخيرة بمثابة القوة الدافعة لمزيد من التوسعات الديموغرافية.

ربما اتبعت طرق الهجرة مجرى الأنهار في الأجزاء الشرقية من الصحراء الحالية، مثل وادي حوار، الذي ظل جاريا حتى وقت قريب، حيث كان توفر المياه عنصرا حاسما في بقاء الإنسان أثناء حركات الهجرة. إن الانتشار في النطاق البيئي هو سلوك متكامل للعديد من الأنواع البيولوجية، ولكن السرعة والقدرة على التكيف المذهلة المصاحبة للحركة هي ما يميز التوسعات البشرية. إن الأدلة على التوسعات المبكرة لسكان شرق إفريقيا التي سبقت التوسع الرئيسي الذي شمل بقية سكان العالم واضحة في التحليل الذي أجراه الحسن وآخرون. .

لا تؤثر الهجرات على الوضع المادي واستبدال الكيانات البيولوجية في الزمان والمكان فحسب؛ إنها آلية قوية للديناميكيات التطورية، والانطواء، والانحراف الوراثي، والانتقاء، والتأثيرات الجينية الأخرى. على الرغم من وجود حالات توسع وعزلة واسعة النطاق في أفريقيا، على سبيل المثال، حالة الرعاة الزراعيين الناطقين بلغة البانتو، والرعاة الأفارقة الآسيويين والتوسعات النيلية ، إلا أن التركيز لا يزال ينصب على الخروج من أفريقيا. رغم أن البشرية قضت معظم تاريخها البيولوجي داخل القارة الأفريقية. عند البحث عن علامات السلالة، اختارت الدراسات المبكرة إما علامات الحمض النووي للميتوكوندريا أو علامات كروموسوم Y، حيث يتم تجنب تأثير الخلط الناتج عن إعادة التركيب. في السودان، من المرجح أن يكون تجمع جينات الميتوكوندريا في سلالات الأمهات قد تم تشكيله من خلال تاريخ أطول من التطور في الموقع ، في حين أن كروموسوم Y على الرغم من قدمه هو الذي يعكس الهياكل اللغوية والجغرافية السكانية والهجرات الأخيرة خلال 300-400 سنة الماضية.

تنشأ فوائد أخرى من الدراسات التي تحدد البنية السكانية وارتباطات الأمراض باستخدام تحليل النمط الفرداني وأساليب وضع علامات SNP. لقد ثبت أنه من الممكن مع مجموعة محدودة من العلامات السكانية الكشف عن الهياكل المخفية داخل مجموعات سكانية متجانسة على ما يبدو. على سبيل المثال، تم العثور على طفرة مرض فقر الدم المنجلي في أنماط مختلفة بين المجموعات العرقية في السودان، وتشير التحليلات المتعلقة بالتركيبة السكانية إلى أن هذه الطفرة لم يتم إدخالها إلا مؤخرًا إلى شرق الساحل. كشف المزيد من التحليل حول مواقع قابلية الإصابة بالملاريا في الهوسا والمساليت وسنار عن المزيد من الارتباطات الخاصة بالسكان. استخدمت دراسة أخرى حول الاختلافات العرقية لداء الليشمانيات الحشوي في السودان مسحًا على نطاق الجينوم للكشف عن الارتباطات مع العلامات الموجودة على الكروموسومات 1 و6 . في الآونة الأخيرة، تم استخدام الارتباط الجيني لاستكشاف ارتباط عدوى SARS-CoV-2 والأنماط الظاهرية للوفاة مع النمط الفرداني المحدد لكروموسوم Y . يمكن أيضًا استخدام هذه الأساليب لتأريخ إدخال وحالة الأجداد للمواقع الغامضة في مجموعات سكانية مختلفة بناءً على النمط الجيني المتباين وأنماط تكرار الأليل بين الأفارقة وغير الأفارقة.


التركيبة السكانية والثقافة والتمايز

كان مصطلح السودان يستخدم حتى وقت قريب للإشارة إلى الامتدادات الجغرافية على طول منطقة الساحل من البحر الأحمر إلى المحيط الأطلسي. تشهد مجموعات متعددة من الأدلة الجينية على التاريخ العميق لبعض المجموعات السكانية في هذه المنطقة (28)، وارتباطها بالثورات الثقافية المبكرة.

إن الانجراف الوراثي والانتقاء هما أقوى القوى التطورية؛ ومع ذلك، قد يتم أيضًا فصل السكان عن بعضهم البعض عن طريق الحواجز الثقافية، وبالتالي البنية السكانية، التي تمتد جذورها إلى العديد من السمات الثقافية المعقدة بما في ذلك الحواجز اللغوية أقارب الدم-،زواج الأقارب - وهي عادة لا تزال تمارس على نطاق واسع في شمال أفريقيا ومنطقة الساحل. في السودان، ارتبط قرابة الدم بالاضطرابات الوراثية وخاصة تلك ذات الطبيعة الجسدية المتنحية . من المظاهر المذهلة لتأثير الثقافة على عبء المرض وتراكم الطفرات الضارة هو التكرار المرتفع لطفرة الخلية المنجلية بين "البقارة" في غرب السودان. يعتبر هذا التردد من أعلى المعدلات في السودان وأفريقيا على ما يبدو بسبب قرابة الدم . البقارة هم رعاة رحل من أصل عربي يحملون في الغالب الأنماط الفردية لكروموسوم J1 Y في سلالاتهم الذكورية. تشير التقديرات إلى أن هجرتهم واختلاطهم داخل السودان الحالي من المنطقة المحيطة ببحيرة تشاد قد حدث خلال آلاف السنين الأربعة الماضية. من المعتقد أنهم أدخلوا طفرة الخلية المنجلية بتنوعها الفريد من الأنماط الفردية النموذجية وغير النمطية إلى السكان المحليين في منطقة النيل-الصحراء الذين نادرًا ما يمارسون ثقافات الزيجات الداخلية مع تواتر أقل بكثير لحاملات المرض .



يمكن لجينومات شرق إفريقيا وجينومات السكان السودانيين على وجه الخصوص أن توفر رؤى مهمة حول العمليات البيولوجية المحتملة التي شكلت التكيفات داخل جنسنا البشري، خاصة خلال عصر الهولوسين عندما أصبح الجينوم البشري متأثرًا بشكل متزايد بالتحولات الثقافية البشرية في الزراعة والممارسات الرعوية. إن حقيقة أن المجموعة الأكثر تنوعًا من المتغيرات المرتبطة بسمة استدامة اللاكتيز، الإنزيم المسؤول عن هضم اللاكتوز، وهو السكر الرئيسي في الحليب، موجودة بين سكان شرق إفريقيا بما في ذلك السودانيين هي شهادة على تأثير الممارسات الثقافية في المنطقة - يشير استمرار اللاكتيز إلى قدرة الأفراد على الاستمرار في إنتاج مستويات عالية من إنزيم اللاكتاز الذي يهضم اللاكتوز حتى مرحلة البلوغ، مما يسمح لهم بهضم اللاكتوز بشكل فعال، والسكر الموجود في الحليب ومنتجات الألبان -. من المحتمل أن الطفرات المحايدة والعشوائية المنتشرة في هذه المجموعات السكانية أصبحت أكثر وفرة حيث فضلت البيئة اختيارهم . على سبيل المثال، يتمتع كل من البجا والفولاني بعدد من طفرات ثبات اللاكتيز (LP) التي تتوافق مع تحمل استهلاك الألبان لدى البالغين. تدعم الرسومات الصخرية والمنحوتات على المعابد القديمة وطقوس الدفن والعادات تاريخًا غنيًا من الارتباط بالماشية، مما يثير بعض الأسئلة الأساسية حول تاريخ تدجين الماشية وانتشار الثقافة الرعوية. تم اقتراح أن الارتباط المذهل بين المجموعة الفردانية Y-chromosome E والثقافة الرعوية وعائلة اللغات الأفرو آسيوية قد نشأ من ثقافة مشتركة ازدهرت في الصحراء خلال الفترة الرطبة الأفريقية (AHP)
.

يمكن للتكيف الجيني في سياق الممارسات الثقافية أيضًا أن يُعلم الديناميكيات التطورية ويوفر رؤى من خلال تحليل أنماط تكرار الأليل لفئات السمات التكيفية، وتحديدًا عند فحص الجينات في المناطق الجينومية داخل المجموعات البشرية التي تباعدت ثقافيًا. نظرًا للاختلافات بين أنماط حياة أسلافنا ومن خلال فحص البنية الجينومية للصيادين وجامعي الثمار ، يمكننا مقارنة المواقع الجينية التي يُعتقد أنها تؤثر على الآليات الفسيولوجية المختلفة التي تكمن وراء تطور بعض السمات المرتبطة بالمستجدات التكيفية. وتشمل هذه أمراض القلب والأوعية الدموية وقياس التأثير المحتمل لهذه الطفرات على ضغط الدم أثناء الراحة .


آثار التنوع على الصحة والميراث المعقد

ومن المؤكد أن عودة ظهور الأوبئة الحالية والتغيرات المناخية والسلوكية العالمية ستنعكس على صحتنا، مما يثير المخاوف بشأن كيفية تجهيز الأفارقة من الناحية الجينية للتعامل مع مثل هذه التغييرات. على الرغم من النقص الصارخ في تمثيل الأفارقة في قواعد بيانات الجينوم ، فإن هذه الندرة تتناقض، ومن المفارقة، مع التنوع الجيني الأفريقي الواضح والأدلة الواضحة على التكيف البيولوجي والبيئي والمتعلق بالمناخ داخل الجينومات الأفريقية.

تعد جينومات سكان شرق إفريقيا، والسودانيين على وجه الخصوص، أمرًا بالغ الأهمية للنظر فيها للسبب التالي: توجد أدلة متزايدة على أن العديد من السمات التكيفية البشرية قد تم اكتسابها في إفريقيا، حيث تطورت الأنواع البشرية الحديثة. العديد من تلك السمات التكيفية مثل لون البشرة وغيرها من السمات الجسدية والفسيولوجية هي نتاج تاريخ تطوري أفريقي أعمق، بما في ذلك الانتقاء الطبيعي. إنهم يكتسبون أهمية ليس فقط بسبب حالة أسلافهم وعصورهم القديمة ولكن بسبب حجمهم السكاني الكبير. الحجم الفعال للسكان، وهو مصطلح يصف مقدار التنوع الجيني الذي يساهم في تكوين مجتمع ما، يشير أيضًا إلى مستوى تنوعه الجيني. يقدر حجم السكان المؤسسين البشري الفعال (Ne) بما يتراوح بين 1000 و10000 فرد - ويُعتقد أن هذا العدد قد تقلب بمرور الوقت، وغالبًا ما يعاني من اختناقات شديدة .


Ne، وهو تعبير عن مقدار الاختلافات الفريدة أو عدد الطفرات في مجموعة معينة، وثيق الصلة بممارسة علم الجينوم في أفريقيا. إن أهمية حجم السكان باعتباره مقياسًا للتنوع الجيني واللياقة البدنية متعددة، وذات صلة بمعظم التحديات التي نواجهها كنوع، وصحتنا وكياننا الاجتماعي، وعلاقتنا بالبيئة. كلما زاد الحجم الفعلي للأنواع، زادت فرصها في مواجهة الشدائد والبقاء على قيد الحياة.


لا يوجد مثال أفضل لتبرير فهم تداعيات التنوع الجيني العالي والحجم السكاني الفعال العالي من بيولوجيا السرطان. السرطان كمرض هو التجسيد النهائي لظاهرة معقدة. تقليديًا، ركز علم وراثة السرطان على الأحداث الطفرية التي لها تأثيراتها الأولية على الخلية. ولكن في الآونة الأخيرة، اتسع هذا التركيز، مع وجود أدلة على أهمية الأحداث اللاجينية والتفاعلات الخلوية في تطور السرطان. أكد تحليل المثيلة التفاضلي هذه النتائج وكشف عن خلل التنظيم اللاجيني لمسارات النمو الرئيسية بما في ذلك مسار the Hippo signaling pathway. في السودان، تجلت خصوصية مسببات السرطان في الحالات التي لم يتوافق فيها الاستعداد الوراثي لسرطان الثدي مع طفرات BRCA المعروفة وحيث كان دور فيروس EBV متورطًا في السودان ولكن ليس في إريتريا .


يتم تفاقم مأزق التفسير المتغير بشكل أكبر لأن طرق الاتصال التقليدية المتغيرة للأليلات المسببة للأمراض في تسلسل الإكسوم والجينوم تتطلب وجود الأليلات غير المسببة للأمراض كأليلات مرجعية للجينوم. أوضحت البيانات الأفريقية أن بعض الأليلات المرجعية قد تكون مسببة للأمراض ويجب التعامل معها بحذر. في ظل ظروف عدم تجانس تردد الأليل، ثبت أنه يمثل مشكلة مما يؤدي إلى احتمال سوء التفسير والإشراف على متغيرات المرض المتماثلة اللواقح.


باختصار، بدون فهم تعقيدات تنظيم الشبكات البيولوجية وكيفية تفاعل الجينات/البروتينات، لن يتم فهم الاختلافات الجينية ولا تأثيرات الاختيار بشكل كامل وتوضيحها بشكل صحيح . إن أفريقيا، باعتبارها أكبر خزان للتنوع الوراثي البشري، وسكان السودان وشرق أفريقيا سوف يواجهون تحديات أكبر في أبحاث وممارسات علم الجينوم، وخاصة السعي المستقبلي للطب الفردي.


من الواضح أن التحليل التفصيلي والفهم لأصول السكان البشر وتنوعهم كما ينعكس في المجموعات السكانية الموجودة قد يوفر رؤى مفيدة ذات صلة بصحة الإنسان والتحديات الموضحة أعلاه، مما يجعل التحليل المنهجي والمنسق لهذه الموروثات الجينومية ذا صلة وضرورية.


شكر وتقدير

الشكر الجزيل لريم حمد لمساعدتها في المراجع، وأيمن حسين لقراءته النقدية للمخطوطة.

بيان تضارب المصالح. لم يعلن أي شيء.



Genetic diversity of the Sudanese: insights on origin and implications for health

Muntaser E Ibrahim
Human Molecular Genetics, Volume 30, Issue R1, 1 March 2021, Pages R37–R41, https://doi.org/10.1093/hmg/ddab028https://doi.org/10.1093/hmg/ddab028
Published: 16 April 2021

Abstract

By virtue of their cultural, linguistic and genetic legacies, many populations from Sudan have deep histories in the region and retain high genetic diversities. Sudan’s location in north east Africa, a unique spot believed to act as a climatic refuge during periods of climate extremes, might have dictated that fate. Among the marked consequences of this diversity is the potential to provide information on the origin and structure of human populations within and outside the continent, as well as migration patterns towards various parts of the African continent, and out of Africa. The diverse Sudanese gene pool further has the potential to inform on genetic adaptations driven by culture and the environment resulting in unique and interesting traits, some of which are yet to be investigated. In addition, these genomes could offer clues to complex issues of causation amidst the challenge of new paradigms in biology underpinned by the genomic revolution.


Populations from Sudan contribute to inferences about the deep history of humans within Africa. Humans were new comers to a 5 billion years old world, which was already endowed with the gift of life for at least 3.5 billion years. The estimated naissance of our sub-species is in the mere range of 100–300 thousand years ago (kya) (1,2). Several lines of evidence from the paleontological field highlight the central role of East Africa in deep human history (1,3,4). Traversed by the Nile and other running and seasonal rivers and bordering the Sahara, the Savannah and the Ethiopian plateau, all contribute to the unique setting that forms northeast Africa, where the highest abundance of hominin fossils exist. The reason is simple: its location. Northeast Africa and its extension to the Sahara form a natural enclave during times of extreme environmental conditions and the succession of climatic cycles in what is known as climate pulses (4). During the last Glacial–Interglacial transition, known as the African Humid Period, the Sahara was not a desert. Rock drawings depict scenery of greenery and a lush Savannah environment with wildlife similar to the east African Serengeti today. It was the ideal incubator and likely the inspiring environment that led to the changes that were about to take place.

Although the location in Africa where humans emerged cannot be traced to an exact coordinate, substantial inferences can be made based on both genetics and archeology, where abundant evidence supports the important role played by northeast Africa (5,6). Early language forms (7), early phenotypic traits and early adaptive traits may have risen as a response to the challenges created by the spectrum of environments encountered by early humans. The axis of the Sahel that extends longitudinally from the plain to the mountain, from dry to wet, and cold to hot, presents a spectrum rarely found elsewhere. With evidence for the continuity of human settlement between the Red Sea and Lake Chad, Sudan and the region extending around is characterized by abundant lithic artifacts and fossil human remains through the main periods of modern human evolution from the Middle Stone Age (300–30 kya), a period which probably does not extend back further than 190 000 years ago (8), to the Mesolithic (120–6 kya). During the latter, known as the African Humid Period (AHP), a fundamental shift in climate conditions to a moist environment occurred from ~12 kya, giving rise on both sides of the Nile Valley to a grassland. The ‘Wadi Hawar’ in northwest Sudan became a succession of rivers and lakes, allowing human habitation in what are now desert zones, partially in stable settlements along river courses and partially in seasonally occupied areas. Fishing, hunting and gathering of plants and fruits were primary sources of survival (9). Around the Sudanese capital Khartoum, the remains of one of the very first hunting villages to be associated with fishery and pottery have been found. It is one of the earliest sites with pottery in Africa. The Neolithic Revolution (8000–4500 BP) is the term given to the first agricultural revolution, describing the transition from hunting and gathering to pastoralism and farming. As first adopted by various independent prehistoric human societies, the Neolithic era in Sudan was located between the south of Egypt and central Sudan around the Nile Valley. The second half of the sixth millennium BC is distinguished by an increasingly dry climate. The origins and groupings of the population are difficult to reconstruct, since few well-preserved skeletal remains have been discovered (10).

Partial genetic evidence also suggests an extended period of human settlement before the first major expansion out of Africa took place around 40–60 000 years ago although the date of the main ‘out of Africa’ dispersal remains vague and with wide margins of error. Scientists believe expansions might have been the outcome of a combination of reasons including biological change that led to the appearance of new traits and cultures including the evolution of arts, language and new tool making technologies. Human long range migration likely did not occur first during the out of Africa scenario. Demographic expansions of hunter gatherers might have occurred earlier. Genetic studies, based on both modern-day hunter gatherers and ancient DNA, show a cline of genetic relatedness between eastern and southern African hunter gatherers (11). Traces of click languages among hunter gatherers may be a remaining legacy of population contact and genetic interchange along this route (12,13). Cultural changes reflected in new tools led subsequently to the advent of agriculture and animal domestication, the latter of which was the driving force of yet further demographic expansions.

Migratory routes might have followed the course of rivers in the eastern parts of the current Sahara, like the Wadi Hawar, which has been running until recently, since availability of water was a crucial element in human survival during migratory movements. Dispersal in environmental range is an integral behavior of many biological species, but the pace and the striking adaptability accompanying movement is what characterizes human expansions. Evidence for early expansions of east Africans predating the main expansion involving the rest of world population is conspicuous in the network analysis by Elhassan et al. (14).

Migrations affect not only physical placement and replacement of biological entities in time and space; it is a potent mechanism of evolutionary dynamics, of introgression, genetic drift, selection and other genetic effects. Although cases of wide range expansion and isolation existed in Africa, for instance, that of, the Bantu-speaking agro-pastoralists, the Afro-Asiatic pastoralists and the Nilotic expansions (15–17), emphasis continues to be placed on the out of Africa episodes (18,19) despite the fact that humanity spent most of its biological history within the African continent (17). When seeking markers of ancestry, early studies chose either mitochondrial DNA or Y chromosome markers, as they are both spared the shuffling impact of recombination. In Sudan, the mitochondrial gene pool of the maternal lineages is likely to have been shaped by a longer history of in situ evolution (20), while the Y chromosome despite its antiquity is the one that mirrors population linguistic and geographic structures as well as recent migrations within the past 300–400 years (21,22).

Further benefits arise from studies defining population structure and disease associations by using hap####pe analysis and SNP tagging approaches. It has been shown that it is possible with a limited set of population markers to reveal hidden structures within seemingly homogenous populations. For example, the sickle cell mutation is found on different hap####pes among ethnic groups in Sudan (23), and analyses related to population structure suggest that this mutation was only recently introduced into the eastern Sahel (22). Further analysis on malaria susceptibility loci in the Hausa, Massalit and Sinnar revealed further population-specific associations (24). Another study on ethnic differences for visceral leishmaniasis in Sudan used a genome-wide scan to reveal associations with markers on chromosomes 1 and 6 (25). More recently, genetic association was used to explore the association of SARS-CoV-2 infection and death phenotypes with a particular Y chromosome hap####pe (26). These approaches can also be used to date the introduction and ancestral state of ambiguous loci in different populations based on the contrasting genotype and allele frequency patterns between Africans and non-Africans (27).

Population Structure, Culture and Differentiation
The term Sudan was used until recently in reference to geographical stretches along the area of the Sahel from the Red Sea to the Atlantic. Multiple sets of genetic evidence attest to the deep history of certain populations in this area (28), and their association with early cultural revolutions (29).

Genetic drift and selection are the most potent evolutionary forces; however, populations may also be set apart by cultural barriers and hence population structure, which is rooted in many complex cultural features including language barriers (30) and consanguinity, a custom still widely practiced in Northern Africa and the Sahel. In Sudan, consanguinity has been associated with genetic disorders particularly those of an autosomal recessive nature (31). A spectacular manifestation of the impact of culture on disease burden and accumulation of deleterious mutations is the elevated frequency of the sickle cell mutation (HBS) among the ‘Bagara’ of western Sudan. The frequency is among the highest in Sudan and Africa apparently due to consanguinity (22). Bagara are nomadic pastoralists of Arab descent who carrying predominantly the J1 Y chromosome hap####pes in their male lineages. Their migration and admixture within the present Sudan from the area around Lake Chad is estimated to have occurred during the past 4 millennia. It is believed that they introduced HBS mutation with its unique diversity of typical and atypical hap####pes (23) to the local Nilo-Saharan populations who rarely practice cultures of internal marriages and with much lower frequency of carriers and disease.

East African genomes and those from Sudanese populations in particular could provide significant insights into the possible biological processes that shaped the adaptations within our species, particularly during the Holocene when the human genome became increasingly influenced by human’s own cultural transformations of agriculture and pastoralist practices. The fact that the most diverse set of variants associated with the lactase persistence trait, influencing the expression of the enzyme responsible for the digestion of lactose, the main sugar in milk, are present within east African populations including Sudanese is a testimony to the impact of cultural practices in the region (32). Previously neutral and random mutations circulating in these populations likely became more abundant where the environment favored their selection (33). The Beja and Fulani for example are both endowed with a number of lactase persistence (LP) mutations that are consistent with the tolerance of dairy consumption in adults (34). Rock drawings, carvings on ancient temples, burial rites and customs support a rich history of association with cattle, raising some fundamental questions about the history of cattle domestication and the spread of a pastoralist culture (32). The striking association between the Y-chromosome haplogroup E, pastoralist culture and the Afro-Asiatic family of languages has been suggested to have sprouted from a common culture that flourished in the Sahara during the AHP (15).

Genetic adaptation in the context of cultural practices can also inform evolutionary dynamics and provide insights through analysis of allele frequency patterns for classes of adaptive traits, specifically when examining genes in genomic regions within human populations that have diverged culturally. Given the differences between the life styles of our ancestors and by examining the genomic architecture of hunter-gatherers (35), we can compare genetic loci that are thought to influence the various physiological mechanisms that underlie the development of some traits associated with adaptive novelties. These include cardiovascular diseases and measuring the potential effect of such mutations on resting blood pressure (36).

Implications of Diversity for Health and Complex Inheritance
The current resurgence of pandemics and global climatic and behavioral changes are bound to reflect in our health, raising concerns about how Africans are genomically equipped to deal with such changes. Despite the stark under-representation of Africans in genomics databases (37), that paucity is contrasted, ironically, by the pronounced African genetic diversity and the marked evidence for biological, environmental and climate-related adaptation (38) within the African genomes.

Genomes of east Africans, and Sudanese in particular, are crucial to consider for the following reason: mounting evidence exists that many human adaptive traits were acquired in Africa, where the modern human species evolved. Many of those adaptive traits like skin color and other physical and physiological traits are products of a deeper African evolutionary history, including natural selection (39). They assume importance not only because of their ancestral state and antiquity but for their large effective population size. The effective population size, a term that describes the amount of genetic variation contributing to the founding of a population, denotes also its level of genetic diversity. The effective human founding population size (Ne) is estimated to be between 1000 and 10 000 individuals—this number is believed to have fluctuated over time, often suffering severe bottlenecks (16,40).

Ne, an expression of the amount of unique variations or number of mutations in a particular group, is quite pertinent to the practice of genomics in Africa. The significance of population size being a measure of genetic diversity and fitness is multiple, pertinent to most of the challenges we face as a species, our health and social being, and our relationship with the environment. The larger the effective size of a species, the better its chances of confronting adversities and survival.

There is no better example to justify understanding the repercussion of a high genetic diversity and high effective population size than cancer biology. Cancer as a disease is the ultimate embodiment of a complex phenomenon. Conventionally, cancer genetics has focused on mutational events that have their primary effects on the cell. Recently, however, that focus has widened, with evidence for the importance of epigenetic occurrences and cellular interactions in cancer development. Differential methylation analysis corroborated these results revealing the epigenetic dysregulation of major developmental pathways including the Hippo signaling pathway (41). In Sudan, the peculiarity of cancer etiology was manifested in instances where the genetic predisposition of breast cancer did not conform to known BRCA mutations and where the role EBV virus was implicated in Sudan but not in Eritrea (42,43).

The predicament of variant interpretation is accentuated further as conventional variant calling methods of pathogenic alleles in exome and genome sequencing requires the presence of the non-pathogenic alleles as genome references alleles. African data have illustrated that some reference alleles may be pathogenic and should be treated with caution. Under conditions of heterogeneity of allele frequency, it was proven problematic leading to the possible miss-interpretation and oversight of homozygous disease variants (44).

In brief, without understanding the intricacies of the regulation of biological networks and how genes/proteins interact, neither the genetic differences nor the effects of selection will be fully understood and properly elucidated (15). Africa, being the largest reservoir of human genetic variation, and populations of the Sudan and eastern Africa will be confronting bigger challenges in genomics research and practices, particularly the future pursuit of individualized medicine.

It is apparent that detailed analysis and understanding of human population origins and diversity as reflected in extant populations may provide useful insights pertinent to human health and the challenges outlined above, rendering systematic and coordinated analysis of these genomic legacies both relevant and imperative.

Acknowledgements

Much gratitude goes to Reem Hamad for helping with the references and Ayman Hussein for critical reading of the manuscript.

Conflict of Interest statement. None declared.