北方漢族21個(gè)常染色體STR基因座和1個(gè)Y染色體STR基因座的群體遺傳學(xué)調(diào)查

穆豪放，張 盾，殷才湧，王麗娜，張 博，王志爭(zhēng)，王 建，陳 峰

（1.北京華大方瑞司法物證鑒定中心，北京101300；2.南京醫(yī)科大學(xué) 法醫(yī)系，江蘇 南京210029）

鑒定實(shí)踐
Forensic Practice

北方漢族21個(gè)常染色體STR基因座和1個(gè)Y染色體STR基因座的群體遺傳學(xué)調(diào)查

穆豪放1，張 盾1，殷才湧2，王麗娜1，張 博1，王志爭(zhēng)1，王 建1，陳 峰2

（1.北京華大方瑞司法物證鑒定中心，北京101300；2.南京醫(yī)科大學(xué) 法醫(yī)系，江蘇 南京210029）

目的 分析中國(guó)北方漢族人群21個(gè)常染色體STR基因座和1個(gè)Y染色體STR基因座的遺傳多態(tài)性，為個(gè)體識(shí)別和親權(quán)鑒定提供遺傳學(xué)數(shù)據(jù)。方法 用GlobalFilerR○PCR Amplification Kit熒光標(biāo)記試劑盒對(duì)1 081例中國(guó)北方漢族無(wú)關(guān)個(gè)體的DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，3500XL遺傳分析儀電泳分析，用GeneMapperR○ID-X軟件分析等位基因片段大小，用Modified-Powerstates.xls分析軟件進(jìn)行等位基因頻率和法醫(yī)學(xué)常用參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果 在中國(guó)北方漢族人群中，21個(gè)常染色體STR基因座的遺傳多態(tài)性高，雜合度（H）分布在0.604～0.939之間，隨機(jī)匹配率（MP）分布在0.007～0.206之間，個(gè)體識(shí)別力（PD）在0.794～0.993之間，非父排除率（PE）在0.296～0.875之間，典型父權(quán)指數(shù)（TPI）在1.26～8.19之間，多態(tài)性息含量（PIC）在0.55～0.94之間；DYS391基因座共檢出6個(gè)等位基因，GD值為0.4158。結(jié)論 中國(guó)北方漢族人群21個(gè)常染色體STR基因座具有較高多態(tài)性，可以用于法醫(yī)學(xué)親權(quán)鑒定和個(gè)體識(shí)別，也可以用于人類學(xué)和遺傳學(xué)研究。1個(gè)Y染色體STR基因座和1個(gè)Y-InDel遺傳標(biāo)記可以輔助判斷被鑒定人性別。

法醫(yī)遺傳學(xué)；STR；等位基因頻率；漢族人群

短串聯(lián)重復(fù)序列（short tandem repeats，STR）在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，是法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別和親權(quán)鑒定常用的工具之一。美國(guó)Life Technologies公司在2012年底推出了GlobalFilerR○PCR Amplification Kit熒光標(biāo)記試劑盒，包含了非CODIS系統(tǒng)STR基因座的D1S1656、D2S441、D10S1248、D22S1045、SE33等基因座，這些基因座在北方漢族人群中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較少[1-3]，缺少部分稀有等位基因的基因頻率。本研究采用該試劑盒對(duì)1 081例北方漢族無(wú)關(guān)個(gè)體的21個(gè)常染色體STR基因座和1個(gè)Y染色體STR基因座的遺傳多態(tài)性進(jìn)行了分析并評(píng)估了該試劑盒在個(gè)體識(shí)別及親權(quán)鑒定案件中的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 樣本

收集1 081例北方漢族無(wú)關(guān)個(gè)體的樣本（男性789例，女性292例），均來(lái)自日常檢案積累。

1.2 試劑

STR擴(kuò)增試劑盒采用GlobalFilerR○PCR Amplification Kit熒光標(biāo)記試劑盒（美國(guó)Life Tech公司），包括21個(gè)常染色STR基因座（CSF1PO、D1S1656、D2S441、D2S1338、D3S1358、D5S818、D7S820、D8S1179、D10S 1248、D12S391、D13S317、D16S539、D18S51、D19S433、D21S11、D22S1045、FGA、SE33、TH01、TPOX、vWA），1個(gè)Y染色體STR基因座（DYS391），1個(gè)Y染色體InDel二等位基因座和1個(gè)Amel性別基因座。

1.3 DNA提取

按照文獻(xiàn)[4]，Chelex-100法提取基因組DNA。

1.4 PCR擴(kuò)增

在9700型PCR擴(kuò)增儀（美國(guó)Life Tech公司）上進(jìn)行多重PCR擴(kuò)增，PCR擴(kuò)增體系為25μL。25μL擴(kuò)增體系包含：Master Mix 7.5μL，Primer Set 2.5μL，DNA模板2.5μL以及去離子水12.5μL。熱循環(huán)參數(shù)為：95℃1min；94℃10 s，59℃90 s，29個(gè)循環(huán)；60℃10min，4℃保存。

1.5 擴(kuò)增片段的電泳分離與檢測(cè)

取1μL PCR產(chǎn)物與0.3μLGeneScan 600 LIZ和9.0μL去離子甲酰胺混合，采用3500XL型遺傳分析儀（美國(guó)Life Tech公司）進(jìn)行毛細(xì)電泳檢測(cè)，電泳結(jié)果數(shù)據(jù)使用GeneMapperR○ID-X軟件進(jìn)行基因型分析。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)1 081例北方漢族無(wú)關(guān)個(gè)體的21個(gè)常染色STR基因座的分型數(shù)據(jù)采用Modified-Powerstates.xls軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別計(jì)算21個(gè)常染色STR基因座的等位基因頻率、雜合度（H）、隨機(jī)匹配率（PM）、個(gè)體識(shí)別率（DP）、非父排除率（PE）、典型父權(quán)指數(shù)（TPI）、多態(tài)信息含量（PIC），并進(jìn)行 Handy-Weinberg平衡分析。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對(duì)Y染色體STR基因座（DYS391）等位基因頻率采用直接計(jì)數(shù)法，基因多樣性GD值按公式GD=（n/n-1）[1-∑（pi）2]（pi為各等位基因頻率）計(jì)算[5]。

2 結(jié)果

2.1 北方漢族人群21個(gè)STR基因座的等位基因頻率

北方地區(qū)漢族人群1 081例無(wú)關(guān)個(gè)體21個(gè)STR基因座的等位基因頻率分布見表1，各STR基因座的基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡（P>0.05），21個(gè)STR基因座分別檢出8~44個(gè)等位基因，基因頻率在0.001~0.537。

2.2 北方漢族人群21個(gè)STR基因座的群體遺傳學(xué)參數(shù)

北方漢族人群21個(gè)STR基因座的群體遺傳學(xué)參數(shù)（見表2），雜合度（H）分布在0.604～0.939之間，隨機(jī)匹配率（PM）分布在0.007～0.206之間，個(gè)體識(shí)別力（DP）在0.794～0.993之間，非父排除率（PE）在0.296～0.875之間，典型父權(quán)指數(shù)（TPI）在1.26～8.19之間，多態(tài)性息含量（PIC）在0.55～0.94之間；SE33基因座各項(xiàng)指標(biāo)（除PM值外，PM值為最低）均為最高。21個(gè)STR基因座的CDP為 0.999999999 999999999，CPE為0.9999999977。

2.3 北方漢族人群DYS391基因座的等位基因頻率與GD值

北方漢族人群DYS391基因座共檢出6個(gè)等位基因，等位基因頻率分布在 0.001~0.734，DYS391基因座的GD值為0.4158。

2.4 實(shí)際案例

有1例二聯(lián)體親權(quán)鑒定案例采用了Goldeneye 20A試劑盒（基點(diǎn)認(rèn)知技術(shù)有限公司）進(jìn)行鑒定時(shí)，發(fā)現(xiàn)父親和兒子的Amel性別基因座均為X，我中心工作人員核對(duì)兩人證件和男性性征，均顯示為男性。換用GlobalFilerR○PCR Amplification Kit熒光標(biāo)記試劑盒進(jìn)行檢測(cè)，兩人Amel性別基因座仍為X，但DYS391基因座和Y-InDel基因座均擴(kuò)增出峰型，推斷兩人的Y染色體上Amel性別基因座存在稀有缺失。

表1 北方漢族21個(gè)常染色體STR基因座的等位基因頻率分布 （n=1081）

表2 北方漢族21個(gè)常染色體STR基因座的群體遺傳學(xué)參數(shù) （n=1081）

3 討論

STR是一類廣泛存在于人類基因組中具有高度多態(tài)性的DNA序列，具有穩(wěn)定遺傳、突變率低、分型方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確判斷分型等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別和親權(quán)鑒定。為了保證法醫(yī)STR分型標(biāo)記在各國(guó)司法體系中的有效性，各實(shí)驗(yàn)室使用了通用的標(biāo)準(zhǔn)遺傳標(biāo)記。目前市場(chǎng)上大部分STR擴(kuò)增試劑盒涵蓋了美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局（FBI）推薦的13個(gè)CODISSTR基因座，但隨著復(fù)核擴(kuò)增系統(tǒng)的完善和相互交換數(shù)據(jù)的需求，增加更多的STR核心基因座成為必然的需求。

為了與國(guó)際上的數(shù)據(jù)能有更多的兼容性，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)STR基因座ESS被考慮與原來(lái)的13個(gè)核心基因座進(jìn)行整合，從而使核心基因座數(shù)由原來(lái)的13個(gè)變成18個(gè)或更多。D3S1358、vWA、D16S539、CSF1PO、TPOX、D8S1179、D21S11、D18S51、D2S441、D19S433、TH01、FGA、D22S1045、D5S818、D13S317、D7S820、SE33、D10S1248、D1S1656、D12S391、D2S1338、pentaD、pentaE是目前正在考慮中的候選基因座[6]。

GlobalFilerR○PCR Amplification Kit熒光標(biāo)記試劑盒包含了上面的21個(gè)候選基因座，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在這21個(gè)STR基因座中，SE33的PM（0.007）最低，H（0.939）、DP（0.993）、PE（0.875）、TPI（8.19）、PIC（0.94）均為最高，在21個(gè)基因座中SE33的多態(tài)性最好。與廣東地區(qū)人群的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比[7]，北方漢族人群中SE33基因座的雜合度和個(gè)體識(shí)別率更高。21個(gè)STR基因座的CPD為0.9999999999 99999999，CPE為0.9999999977，可見該21個(gè)STR基因座在北方地區(qū)漢族人群具有良好的遺傳多態(tài)性，在親子鑒定和個(gè)體識(shí)別中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

Amelogenin是編碼牙釉質(zhì)蛋白的基因，位于X（p22.1-22.3）和Y（Yp11.2）的同源染色體中，為單拷貝，在法醫(yī)鑒定中常用于性別鑒定[8]。Y染色體Amelogenin的稀有缺失可導(dǎo)致無(wú)法得到Y(jié)染色體擴(kuò)增產(chǎn)物。在這種情況下，男性樣本可錯(cuò)誤認(rèn)為是女性。澳大利亞DNA數(shù)據(jù)庫(kù)中3萬(wàn)名男性的研究顯示有6名男性無(wú)Y染色體Amelogenin擴(kuò)增產(chǎn)物[9]，這種情況在國(guó)內(nèi)也有過報(bào)道[10]。法庭科學(xué)應(yīng)用Amelogenin基因判斷性別時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎，如發(fā)現(xiàn) Amelogenin對(duì)性別的判定結(jié)果與其它證據(jù)不符時(shí)，應(yīng)考慮是否有Y等位基因丟失的可能，需結(jié)合其他方法（如增加Y－STR基因座）加以核實(shí)。

在本研究中發(fā)現(xiàn)了1例男性Y染色體Amelogenin的稀有缺失的鑒定案件，如使用一般的法醫(yī)擴(kuò)增試劑盒則需加做額外的Y染色體試劑盒從而判斷被鑒定人的性別。而GlobalFiler試劑盒包含了1個(gè)Y染色體STR基因座（DYS391）和1個(gè)Y染色體InDel二等位基因座，可以輔助判斷被鑒定人性別。

[1]郭劍章，路志勇，俞麗娟，等.北京漢族21個(gè)STR基因座的群體遺傳學(xué)調(diào)查與法醫(yī)應(yīng)用評(píng)價(jià)[J].刑事技術(shù)，2010，（6）：13-16.

[2]張慶霞，楊劍，劉雅誠(chéng)，等.北京地區(qū)漢族人群16個(gè)非CODIS STR基因座的遺傳多態(tài)性[J].法醫(yī)學(xué)雜志，2013，29（3）：206-208.

[3]任賀，荊玉婷，劉雅誠(chéng)，等.北京地區(qū)漢族人群SE33基因座遺傳多態(tài)性[J].中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志，2006，12（5）：300.

[4]Walsh PS，MetzgerDA，Higuchi R.Chelex 100 as a medium for simple extraction of DNA for PCR-based typing from forensicmaterial[J].Biotechniques，1991，10（4）：506-513.

[5]Bosch E，Calcfell F，Perez-lezaum A，etal.Y chromosome STR haplotypes in four populations from northwest Africa[J]. Int JLegalMed，2000，（114）：36-40.

[6]John M Butler.法醫(yī)DNA分型專論：方法學(xué)[M].侯一平，李成濤.譯.北京：科學(xué)出版社，2013：88-90.

[7]孫宏鈺，臺(tái)運(yùn)春，曾艷紅，等.廣東漢族人群復(fù)雜短串聯(lián)重復(fù)SE33（ACTBP2）位點(diǎn)的多態(tài)性[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（1）：55-58.

[8]Sullivan KM，MannucciA，KimptonCP，et al.A rapid and quantitative DNA sex test：fluorescence-based PCR analysis ofXY homologousgeneamelogenin［J］.Biotechniques，1993，15（4）：636－638.

[9]Steinlechner，M.Rare failures in the amelogenin sex test[J]. International Journalof LegalMedicine，2002，116（2）：117-120.

[10]王偉妮，楊雅冉，任賀，等.男性Y染色體amelogenin、DYS456及DYS458缺失1例分析[J].中國(guó)計(jì)劃生育雜志，2012，20（6）：424-425.

（本文編輯：李成濤）

Population Genetics Study of Twenty-one Autosomal STR Loci and One Y chromosomal STR Locus in Chinese Northern Han Population

MU Hao-fang1,ZHANG Dun1,YIN Cai-yong2,WANG Li-na1,ZHANG Bo1,WANG Zhi-zheng1, WANG Jian1,CHEN Feng2
(1.Center of Forensic Sciences,Beijing Genomics Institute,Beijing 101300,China;2.Departmentof Forensic Medicine, Nanjing Medical University,Nanjing 210029,China)

Objective To analyze the genetic polymorphism of twenty-one autosomal STR loci and one Y chromosomal STR locus in Chinese Northern Han population and to provide genetic data for the forensic application of individual and paternity identification.M ethod The blood samples of 1081 unrelated individuals from Chinese Northern Han population were collected. GlobalFilerR○PCR Amplification Kitwith fluorescent labeling was used for PCR amplification.3500XL Genetic Analyzer was used to perform electrophoresis analysis.GeneMapperR○ID-X software was used to analyze the allele sizes,and Modified-Powerstates spreadsheetwas used to count allele frequencies and other forensic parameters.Results The twenty-one autosomal STR lociwere highly polymorphic in Chinese Northern Han population.Heterozygosity (H)ranged from 0.604 to 0.939.Match Probability(MP)varied from 0.007 to 0.206.Power of Discrimination(PD)ranged from 0.794 to 0.993.Probability of Exclusion (PE)ranged from 0.296 to 0.875.Typical Paternity Index (TPI)ranged from 1.26 to 8.19.Polymorphism Information Content (PIC)was from 0.55 to 0.94.Six alleleswere detected in DYS391 locus and Genetic Diversity (GD)was 0.4158.Conclusion The twenty-one autosomal STR loci have relatively high polymorphism in Chinese Northern Han population,which could be used for population genetics and forensic studies.One Y chromosomal STR and one Y-InDel geneticmarker could be employed for gender determination.

forensic genetics;STR;allele frequency;Han population

DF795.4

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2015.02.012

1671-2072-（2015）02-0067-05

2014-11-11

穆豪放（1981—），男，主檢法醫(yī)師，主要從事法醫(yī)物證學(xué)研究。Email：muhf@genomics.org.cn。

陳峰（1982—），男，博士，教授，主要從事法醫(yī)物證學(xué)教學(xué)及科研工作。Email：fchen@njmu.edu.cn。