貴州回族、苗族和彝族29個Y-STR基因座遺傳多態(tài)性及與其他7個群體遺傳結(jié)構(gòu)分析

王 晶，馬溫華，董穎強，劉星雨，謝 穎，江 麗，李萬水，趙興春，張 建

（公安部物證鑒定中心，北京市現(xiàn)場物證檢驗工程技術(shù)研究中心，現(xiàn)場物證溯源技術(shù)國家工程實驗室，北京 100038）

人類有23對46條染色體，其中22對44條為常染色體，還有1對為性染色體，XY組合的為男性，XX組合的為女性。Y染色體為男性所特有，嚴(yán)格遵循父系遺傳，且重組率低、對遺傳漂變敏感，與常染色體不同。研究Y染色體，可以發(fā)現(xiàn)人群在父系關(guān)系上的遷徙和發(fā)展，其基因多態(tài)性在不同民族和地域上也具有明顯的差異性［1-2］，在法醫(yī)學(xué)個體識別、親權(quán)鑒定、遺傳學(xué)分析和人類遷徙等方面有重要的研究意義［3-5］。本研究對貴州地區(qū)人數(shù)較多的3個少數(shù)民族人群（回族、苗族、彝族）進行了29個Y-STR基因座（DYS391、DYS438、DYS439、DYS444、DYS447、DYS458、DYS643、DYS389I、DYS389II、DYS437、DYS448、DYS449、DYS390、DYS392、DYS393、DYS19、GATA-H4、DYS576、DYS635、DYS456、DYS460、DYS481、DYS508、DYS518、DYS533、DYS385ab、DYF387S1）的多態(tài)性研究，旨在對該地區(qū)少數(shù)民族人群的基因特征、人口遷徙等進行分析，為該地區(qū)的法醫(yī)學(xué)和群體遺傳學(xué)研究應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

從無關(guān)個體人群中篩選獲得291份貴州地區(qū)回族個體血樣、309份貴州地區(qū)苗族血樣和331份貴州地區(qū)彝族血樣，血樣采集載體均為紙質(zhì)類型，常溫保存。通過YHRD數(shù)據(jù)庫（www.yhrd.org）獲得貴州仡佬族（YP001174）、四川彝族（YP001345）、湖北土家族（YP001234）、廣西苗族（YP001169）、甘肅東鄉(xiāng)族（YP000976）、上海漢族（YP000973）和河南回族（YP001359）7個群體共計4 472個單倍型分型數(shù)據(jù)作為對比數(shù)據(jù)。

1.2 方法

按照DNATyperTMY29試劑盒（公安部物證鑒定中心）說明，采用直接擴增法進行操作［6-8］，此過程中均采用9948和超純水分別作為陽性和陰性對照。所有樣本在ABI9700擴增儀上進行擴增，使用ABI3500型遺傳分析儀進行檢測，采用Data Collection軟件進行數(shù)據(jù)收集，然后使用GeneMapper ID v3.2軟件進行數(shù)據(jù)分析，并使用GeneMapper ID-X 1.4分析軟件進行數(shù)據(jù)復(fù)核分析。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用直接計數(shù)法對各基因座的等位基因頻率進行統(tǒng)計。基因多樣性（gene diversity，GD）和單倍型多樣性（haplotype diversity，HD）按照公式GD/HD=［n（1-∑Pi2）］/（n-1）計算［9-10］（n分別為樣本數(shù)或觀察到的單倍型個數(shù)，Pi分別為基因頻率或單倍型頻率）。使用YHRD數(shù)據(jù)庫在線軟件進行分子方差分析（analysis of molecular variance，AMOVA），計算群體間遺傳距離Rst矩陣，并進行多維尺度分析（multidimensional scaling，MDS）［11］。

2 結(jié)果與分析

2.1 29個Y-STR基因座遺傳多態(tài)性

本研究中使用的29個Y-STR基因座包括25個單拷貝Y-STR基因座及2個雙拷貝基因座（DYS-385ab和DYF387S1，視為4個Y-STR基因座）。貴州地區(qū)3個民族931名無關(guān)個體的29個Y-STR基因座等位基因頻率分布見表1～3。在29個Y-STR基因座中，回族人群共檢出229個單倍型，其中186個為唯一單倍型，29種單倍型出現(xiàn)2次，10種單倍型出現(xiàn)3次，3種單倍型出現(xiàn)4次，1種單倍型出現(xiàn)5次，計算得到的HD值為0.995 5。彝族人群共檢出305個單倍型，其中281個為唯一單倍型，22種單倍型出現(xiàn)2次，2種單倍型出現(xiàn)3次，計算得到的HD值為0.999 1。苗族人群共檢出282個單倍型，其中258個為唯一單倍型，22種單倍型出現(xiàn)2次，1種單倍型出現(xiàn)3次，1種單倍型出現(xiàn)4次，計算得到的HD值為0.998 9。

29個Y-STR基因座在貴州回族、苗族和彝族3個民族的GD值分別為0.289 9～0.874 7、0.252 3～0.915 5、0.316 2～0.947 9（表4）。在貴州回族人群中，除DYS437、DYS391、DYS438 3個基因座，其余基因座GD值均大于0.5。在貴州苗族人群中，除DYS390、DYS391、DYS508、DYS438 4個基因座，其余基因座GD值均大于0.5。在貴州彝族人群中，除DYS437、DYS391、DYS508、DYS533、DYS438 5個基因座，其余基因座GD值均大于0.5。

表1 貴州回族、苗族和彝族人群25個單拷貝Y-STR基因座等位基因頻率分布Tab. 1 Guizhou Hui, Miao and Yi population allelic frequencies of 25 Y-STR loci

貴州回族、苗族和彝族在不同基因座上的等位基因頻率分布存在明顯差異性，同一基因座在不同民族群體中的基因頻率也存在明顯的差異，例如在DYS19基因座上，貴州回族群體中等位基因13的基因頻率較高，貴州彝族群體中等位基因14的基因頻率較高，而在貴州苗族群體中14、15、16、17 4個等位基因的基因頻率呈現(xiàn)比較均衡的分布。在DYS389Ⅰ基因座上，貴州回族和彝族群體中等位基因13的基因頻率最高，分別為0.639 2和0.643 5；而貴州苗族群體中12的等位基因頻率最高，為0.514 6，詳見表1。DYS387S1與DYS385ab基因座為雙拷貝基因座，在不同民族群體中等位基因頻率差異性更為明顯。DYS385ab基因座在貴州回族和彝族群體中未觀察到三等位基因分型，在貴州苗族群體中觀察到1組三等位基因分型，分型為12/13/18，頻率為0.003 2。DYS387S1基因座在貴州回族群體中觀察到1組三等位基因分型，分型為37/38/39，頻率為0.020 6。在貴州彝族群體中觀察到2組三等位基因分型，分型分別為34/36/39和36/37/39，頻率分別為0.003 0和0.012 1；在貴州苗族群體中觀察到6組三等位基因分型，分型分別為35/36/38、35/36/39、36/37/39、36/37/40、36/38/39和37/38/40，頻率分別為0.003 2、0.003 2、0.009 7、0.003 2、0.003 2和0.003 2。具體詳見表2和表3。

表2 DYF387S1基因座在貴州回族、苗族和彝族人群的等位基因頻率分布Tab. 2 Allelic frequencies of DYF387S1 loci in Guizhou Hui, Miao and Yi population

表3 DYF385ab基因座在貴州回族、苗族和彝族人群的等位基因頻率分布Tab. 3 Allelic frequencies of DYF385ab loci in Guizhou Hui, Miao and Yi population

表4 貴州回族、苗族和彝族人群的基因多樣性Tab.4 Gene diversity of Guizhou Hui, Miao and Yi populations

表5 10個民族Rst值遺傳距離矩陣Tab. 5 Pairwise Rst and the associated P values computed for 10 populations

2.2 10個人群的遺傳距離

遺傳距離指不同群體之間的基因差異的程度，并且以某種數(shù)值進行度量。通常由基因頻率的某個函數(shù)所確定，是反應(yīng)群體之間遺傳差異與群體間遺傳分化的重要指標(biāo)。通過AMOVA分析，貴州苗族、回族和彝族與其他7個人群間的Rst遺傳矩陣見表5，10個群體間有明顯遺傳學(xué)差異（P＜0.05），10個人群間的遺傳距離在0.007 8～0.138 9。其中貴州仡佬族與上海漢族的遺傳距離最小（0.007 8），廣西苗族和湖北土家族的距離最遠(yuǎn)（0.138 9），貴州回族與其他民族相比與廣西苗族距離最遠(yuǎn)（0.130 6），貴州彝族和貴州苗族與其他民族相比與湖北土家族的遺傳距離最遠(yuǎn)（0.075 4，0.116 3）。基于遺傳距離MDS散點圖（圖1）可以看出貴州仡佬族、上海漢族、河南回族和四川彝族聚集一簇，廣西苗族和貴州苗族聚集一簇，貴州回族與甘肅東鄉(xiāng)族一簇，湖北土家族與其他民族相距較遠(yuǎn)。

圖1 10個民族多維尺度分析圖Fig. 1 Multi-dimensional scaling (MDS) plot for 10 populations based on Rst values

3 討論

Y染色體為人類性染色體，為正常人類男性所特有。Y染色體以單倍型的形式由父親傳給兒子，呈父系遺傳的方式。因此，Y染色體可被用于性別鑒定。近年來，通過對Y染色體特有的STR序列多態(tài)性進行深入研究，Y染色體上的STR基因座被廣泛用于個體識別與親子鑒定。并且通過不同民族和地域的Y-STR多態(tài)性的研究對了解人類的起源和遷移等方面也有著重要的遺傳學(xué)意義［12-15］。所有Y-STR基因座位于一條染色體上，呈現(xiàn)的是連鎖遺傳，不符合Hardy-Weinberg平衡定律，個體識別與父權(quán)鑒定的統(tǒng)計學(xué)計算不能參照常染色體的累計法，只能以單倍型概率計算，再計算個體識別率。在Y染色體上，單個基因座的非父排除率（excluding probability of paternity，EPP）、多態(tài)信息含量（polymorphism information content，PIC）與GD相同。累計非父排除率、累計個體識別能力與HD相同。

本文29個Y-STR基因座的遺傳多態(tài)性結(jié)果顯示：貴州回族人群HD值為0.995 5；彝族人群HD值為0.999 1；苗族人群HD值為0.998 9。這表明此29個Y-STR基因座在貴州回族、彝族和苗族人群中具有較高的個體識別力。29個Y-STR基因座在貴州回族、苗族和彝族3個民族的GD值分別為0.289 9～0.874 7、0.252 3～0.915 5、0.316 2～0.947 9。在貴州回族人群中，除DYS437、DYS391、DYS438 3個基因座，其余基因座GD值均大于0.5；在貴州苗族人群中，除DYS390、DYS391、DYS508、DYS438 4個基因座，其余基因座GD值均大于0.5；在貴州彝族人群中，除DYS437、DYS391、DYS508、DYS533、DYS438 5個基因座，其余基因座GD值均大于0.5。上述結(jié)果表明這29個Y-STR基因座的大部分基因座在貴州回族、苗族和彝族3個人群中具有較高的遺傳多態(tài)性，適合用于法醫(yī)學(xué)應(yīng)用。通過對不同民族和地域間人群的分析，同一基因座在不同地域民族之間的Y-STR基因座多態(tài)性具有明顯的差異［16-18］。如DYS533在苗族中的GD值為0.635 8，在回族中的GD值為0.673 9，在彝族中的GD值為0.495 5，說明各個民族之間都有自己獨特的單倍型，對不同地域民族間的Y-STR基因座頻率不能通用，不同地域民族的Y-STR基因座基因頻率的詳細(xì)調(diào)研具有重大的法醫(yī)學(xué)和遺傳學(xué)意義［19-20］。

本研究選擇了其他7個民族群體與貴州苗族、彝族和回族群體進行遺傳學(xué)分析，這7個民族群體分別為：湖北土家族、甘肅東鄉(xiāng)族、上海漢族、貴州仡佬族、四川彝族、河南回族和廣西苗族（除上海漢族外其他屬于少數(shù)民族）。選擇這7個民族群體是為了比對同一地域不同民族的遺傳學(xué)差異（貴州仡佬族）、同一民族不同地域的遺傳學(xué)差異（四川彝族、河南回族、廣西苗族）以及不同地域不同民族間的遺傳學(xué)差異（湖北土家族、甘肅東鄉(xiāng)族、上海漢族），尤其是少數(shù)民族間的遺傳學(xué)差異。對貴州3個群體與這7個群體進行AMOVA分析，獲得的Rst遺傳距離矩陣顯示：同一地區(qū)不同民族間遺傳距離較遠(yuǎn)，例如貴州仡佬族與貴州回族遺傳距離為0.075 7，表明即使在同一地域內(nèi)，不同民族間遺傳學(xué)參數(shù)存在較大差異，其不同民族間遺傳交流較少，遺傳結(jié)構(gòu)較為獨立；同一民族不同地域群體間的遺傳距離也存在明顯差異性，例如河南回族與貴州回族遺傳距離為0.057 4；但同一民族的亞群體易聚為一類，遺傳距離相對較近，例如廣西苗族與貴州苗族的遺傳距離為0.012 4，此結(jié)果表明，可能由于遷徙等原因，同一民族群體即使處于不同地域，其遺傳距離依然較近；而通過不同民族且不同地域群體間的遺傳數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)該組遺傳距離較遠(yuǎn)，比如廣西苗族與湖北土家族的遺傳距離最遠(yuǎn)為0.138 9，湖北土家族與貴州苗族和四川彝族的遺傳距離也較遠(yuǎn)，分別為0.116 3和0.118 7，貴州回族和廣西苗族和四川彝族的遺傳距離也較遠(yuǎn)，分別為0.130 6和0.122 1。這說明遺傳距離與不同地域不同民族群體都有著密不可分的聯(lián)系，尤其在少數(shù)民族群體之間，不同民族且不同地域間的民族群體間，其遺傳學(xué)差異越明顯，遺傳距離越遠(yuǎn)。

綜上所述，29個Y-STR基因座在貴州回族、苗族和彝族人群中大部分基因座的遺傳多態(tài)性較高，其聯(lián)合運用具有較高的個體識別力，適用于法醫(yī)學(xué)個體識別和親權(quán)關(guān)系鑒定。本文通過對貴州苗族、回族和彝族3個人群與其他7個群體的遺傳結(jié)構(gòu)分析，進一步為各民族的起源和遷移等遺傳關(guān)系研究提供了重要基礎(chǔ)。