新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族人群20個STR基因座的遺傳多態性研究

楊 秀，牟 睿，曹雨薇，王 郗，李春香，蔡君成，劉煥杰，馬溫華

（1. 新疆石河子市公安局，新疆 832000；2. 公安部物證鑒定中心，北京 100038；3.北京市現場物證檢驗 工程技術研究中心，北京 100038）

DNATyperTM21試劑盒［1］是公安部物證鑒定中心繼DNATyperTM15、DNATyperTM19試劑盒［2-4］后研發的一款五色熒光STR復合擴增試劑盒。該試劑盒包含20個常染色體STR基因座：D18S51、D21S11、D3S1358、FGA、D8S1179、vWA、CSF1PO、D16S539、D7S820、D13S317、D5S818、D2S1338、D19S433、D12S391、TPOX、D1S1656、TH01、Penta E、Penta D和D6S1043，其中13個DNA聯合索引系統（combined DNA index system，CODIS）核心基因座，7個CODIS拓展基因座。新疆自古以來就是多民族的聚居區，在166萬平方公里的土地上聚居著漢族、維吾爾族、哈薩克族、回族、蒙古族、柯爾克孜族等47個民族。二戰以后，中國各地的漢族人群大量涌入新疆，致使新疆的漢族遺傳信息受到當地其他民族的影響，形成了特有的遺傳多態性人群。回族先民的種族成份相當復雜，是長期歷史發展過程中眾多民族、種族在中國大地融合的結果［5］。本研究對新疆石河子地區的哈薩克族、回族、漢族3個民族共計1 800人的20個常染色體STR基因座進行了遺傳多態性調查，旨在為人類群體遺傳學領域的應用研究提供基礎法醫學參數。

1 材料與方法

1.1 樣本

根據知情同意原則，選取新疆石河子地區1 800個無關個體采集血液樣本制成血卡，其中漢族、回族、哈薩克族各600人。

1.2 儀器與試劑

Eppendorf PCR擴增儀（德國艾本德公司），3500xL基因分析儀（美國Thermo Fisher Scientific公司），血樣采集卡（長春市博坤生物科技有限公司），DNA TyperTM21試劑盒（公安部物證鑒定中心）。

1.3 DNA擴增及STR分型

按照DNA TyperTM21試劑盒說明書進行直擴，擴增產物使用3500xL型基因分析儀進行毛細管電泳檢測，并應用GeneMapper ID-X 1.5軟件（美國Thermo Fisher Scientific公司）進行基因型分析。

1.4 數據分析及統計學處理

應用PowerStats v12［6］分析軟件對20個常染色體STR基因座數據進行分析處理，得到等位基因的基因頻率（frequency，F）、雜合度（heterozygosity，H）、個體識別能力（discrimination power，DP）、多態性信息含量（polymorphic information content，PIC）、非父排除率（probability of paternity exclusion，PE），累積個體識別能力（total probability of discrimination power，TDP），累積二聯體與三聯體的非父排除概率（cumulative probability of exclusion，CPE）。

用Arlequin v3.5［7］軟件對檢測結果進行Hardy-Weinberg平衡檢驗、連鎖不平衡分析，并對群體間等位基因頻率進行比較。應用軟件Phylip-3.695［8］計算群體間的Nei’s遺傳距離。基于Nei’s遺傳距離的計算，在系統發育樹作圖網站iTOL（https://itol.embl.de/）中構建系統發生樹。

2 結果與分析

2.1 20個STR基因座的遺傳多態性

表1為各基因座等位基因頻率分布。新疆石河子地區哈薩克族600例樣本中20個STR基因座共發現231個等位基因，等位基因頻率分布在0.000 8～0.500 8范圍內。回族600例樣本中20個STR基因座共發現237個等位基因，等位基因頻率分布在0.000 8～0.533 4范圍內。漢族600例樣本中20個STR基因座共發現253個等位基因，等位基因頻率分布在0.000 8～0.541 0范圍內。

表1 （續）Tab. 1 (continued)

表1 （續）Tab. 1 (continued)

表1 新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族20個STR等位基因的頻率表（n=600）Tab. 1 The allele frequencies of 20 STR loci of Kazakh, Hui and Han population in Shihezi region of Xinjiang（n=600）

表2為群體遺傳學參數。H、DP、PIC和PE是衡量遺傳標記在法醫物證學和群體遺傳學等研究領域的重要指標。Gill等［9］和John等［10］將DP≥0.9、H≥0.7的基因座作為高鑒別能力的遺傳標記物。新疆石河子地區哈薩克族人群中TPOX、CSF1PO、D3S1358、D5S818這4個STR基因座的DP＜0.9，與劉勝等［11］、劉亞舉等［12］的報道一致；回族和漢族人群中TPOX、TH01、CSF1PO、D3S1358這4個STR基因座的DP＜0.9，與相關文獻［13-18］的報道是一致的。雖然這5個基因座的個體識別能力欠佳，但在數據庫中有已大量數據，故仍需繼續應用。其他的15個STR基因座均具有高個體識別力、高雜合度和高信息量。在這3個民族中，Penta E基因座的基因型數都是最多的，各項參數指標也最優，鑒別能力也最高。TH01基因座的鑒別能力在哈薩克族人群中比在另外2個人群中更高。這可能是因為該基因座為CODIS和ESS位點，更適合歐美人群，而哈薩克族人群的祖先成分中占有較多的歐洲成份［19］。

表2 新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族20個STR基因座的群體遺傳學參數（n=600）Tab. 2 Genetic parameters of 20 STR loci of Kazakh, Hui and Han population in Shihezi region of Xinjiang（n=600）

應用軟件Arlequin v3.5檢驗發現各人群20個基因座的基因型均符合Hardy-Weinberg平衡定律。各人群20個STR基因座之間均不存在連鎖不平衡，可采用乘積原理進行群體遺傳學參數的計算。3個民族20個STR基因座系統的法醫學參數見表3。

表3 新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族20個STR基因座系統的法醫學參數（n=600）Tab. 3 Total parameters of 20 STR loci of Kazakh, Hui and Han population in Shihezi region of Xinjiang（n=600）

用Arlequin v3.5軟件對本研究和上述報道中的等位基因頻率進行分析，結果見表4。與石河子哈薩克族人群相比，和田地區哈薩克族人群（n=1 130）［11］的遺傳差異無統計學意義，新疆哈薩克族人群（n=550）［12］只有FGA這1個基因座的基因頻率差異有統計學意義；與石河子回族人群相比，甘肅回族（n=1 038）［13］有D19S433、D3S1358這2個基因座的基因頻率差異有統計學意義，滄州回族（n=641）［14］有FGA、Penta E 2個基因座的基因頻率差異有統計學意義，長沙回族（n=200）［15］有D12S391、D1S1656、D6S1043、D8S1179、PentaD、TPOX、D2S1338 7個基因座的基因頻率差異有統計學意義；與石河子漢族人群相比，新疆漢族（n=1 066）［16］的遺傳差異無統計學意義，巴州漢族（n=269）［17］有TH01、Penta E、TPOX 3個基因座的基因頻率差異有統計學意義；28個省的漢族（n=9 126）［18］只有D21S11這1個基因座的基因頻率差異有統計學意義。

表4 新疆石河子地區3個群體與相關人群等位基因頻率分布差異檢驗結果（P值）Tab. 4 The results of difference of allele distributions between the three populations in Shihezi region of Xinjiang and their corresponding populations (P value)

2.2 遺傳距離及系統發生樹

分別選擇新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族3個民族群體和ALLST*R數據庫中全球45個人群的18個（D1S1656與D6S1043除外）常染色體STR基因座的等位基因頻率，應用Phylip-3.695軟件和系統發育樹作圖網站iTOL構建系統發生樹（圖1）。因為D1S1656與D6S1043基因座在ALLST*R數據庫中數據太少，所以在后續分析中未被納入。

圖1 新疆石河子地區3個群體和全球45個群體的系統發生樹Fig. 1 Phylogenetic tree among 3 Xinjiang populations in Shihezi and 45 populations in the world

本研究繪制的系統發生樹呈現出了三大分支，亞洲群體相互聚集為一個分支（新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族屬于這一分支），歐洲的群體相互聚集為一支，其他北美洲、南美洲、非洲群體混雜為一分支，而來自同一大陸的群體間遺傳關系更為緊密。

分別選擇新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族共3個民族群體的20個常染色體STR基因座的等位基因頻率，應用軟件Phylip-3.695計算群體間的Nei’s 遺傳距離（表5）。其中，新疆漢族群體與回族遺傳距離最近（0.007 6），與哈薩克族遺傳距離最遠（0.066 2）。

表5 Nei’s 標準計算新疆石河子地區3個群體遺傳距離結果Tab. 5 Nei’s standard genetic distance among 3 Xinjiang populations in Shihezi

3 討論

群體遺傳學數據的結果表明，DNA TyperTM21試劑盒可以用于新疆石河子地區哈薩克族、回族、漢族群體的個體識別、親緣關系鑒定以及DNA數據庫的建立。等位基因頻率分布差異檢驗結果顯示，新疆石河子地區回族與長沙地區回族之間的遺傳差異是最大的。回族是一個具有悠久歷史和古老文化的民族，在居住上呈現“大分散，小集中”的特點［5］。在本研究所調查的群體中，石河子地區回族和長沙地區回族在地理距離上是最遠的，因此遺傳差異也最大，此外這種差異還可能與抽樣數量和抽樣方式有關。有研究表明，當疑難生物檢材的DNA檢測結果中只有部分STR基因座檢出時，以本民族、本群體的頻率資料為基礎數據更為科學，因此不同地區不同民族應當分別進行遺傳多態性研究［20］。本研究得到的數據為該地區的群體遺傳學和法醫學應用提供了基礎數據支持。

回族、哈薩克族屬突厥語系下的西匈語支，哈薩克族過著游牧生活，與生活在城區的漢族、回族交流較少，因此積累著自己的祖系基因。由系統發生樹可以看出，新疆石河子地區哈薩克族人群與漢族、回族人群間的遺傳距離遠，漢族與回族群體遺傳距離較近，與李生斌［21］的研究結果是一致的。而且各民族之間的遺傳關系與歷史形成、地理分布、語系劃分基本是一致的。