新疆石河子地區(qū)哈薩克族、回族、漢族人群20個STR基因座的遺傳多態(tài)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(xiàn)場物證檢驗 工程技術(shù)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(fā)的一款五色熒光STR復(fù)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(lián)合索引系統(tǒng)（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(qū)，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(zhàn)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(dāng)?shù)仄渌褡宓挠绊懀纬闪颂赜械倪z傳多態(tài)性人群。回族先民的種族成份相當(dāng)復(fù)雜，是長期歷史發(fā)展過程中眾多民族、種族在中國大地融合的結(jié)果［5］。本研究對新疆石河子地區(qū)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(jìn)行了遺傳多態(tài)性調(diào)查，旨在為人類群體遺傳學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)法醫(yī)學(xué)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 樣本

根據(jù)知情同意原則，選取新疆石河子地區(qū)1 800個無關(guān)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(jìn)行直擴，擴增產(chǎn)物使用3500xL型基因分析儀進(jìn)行毛細(xì)管電泳檢測，并應(yīng)用GeneMapper ID-X 1.5軟件（美國Thermo Fisher Scientific公司）進(jìn)行基因型分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用PowerStats v12［6］分析軟件對20個常染色體STR基因座數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到等位基因的基因頻率（frequency，F(xiàn)）、雜合度（heterozygosity，H）、個體識別能力（discrimination power，DP）、多態(tài)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(lián)體與三聯(lián)體的非父排除概率（cumulative probability of exclusion，CPE）。

用Arlequin v3.5［7］軟件對檢測結(jié)果進(jìn)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(jìn)行比較。應(yīng)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(tǒng)發(fā)育樹作圖網(wǎng)站iTOL（https://itol.embl.de/）中構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 20個STR基因座的遺傳多態(tài)性

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

表1 （續(xù)）Tab. 1 (continued)

表1 （續(xù)）Tab. 1 (continued)

表1 新疆石河子地區(qū)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(xué)參數(shù)。H、DP、PIC和PE是衡量遺傳標(biāo)記在法醫(yī)物證學(xué)和群體遺傳學(xué)等研究領(lǐng)域的重要指標(biāo)。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(biāo)記物。新疆石河子地區(qū)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(guān)文獻(xiàn)［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(shù)據(jù)庫中有已大量數(shù)據(jù)，故仍需繼續(xù)應(yīng)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(shù)都是最多的，各項參數(shù)指標(biāo)也最優(yōu)，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(qū)哈薩克族、回族、漢族20個STR基因座的群體遺傳學(xué)參數(shù)（n=600）Tab. 2 Genetic parameters of 20 STR loci of Kazakh, Hui and Han population in Shihezi region of Xinjiang（n=600）

應(yīng)用軟件Arlequin v3.5檢驗發(fā)現(xiàn)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(jìn)行群體遺傳學(xué)參數(shù)的計算。3個民族20個STR基因座系統(tǒng)的法醫(yī)學(xué)參數(shù)見表3。

表3 新疆石河子地區(qū)哈薩克族、回族、漢族20個STR基因座系統(tǒng)的法醫(yī)學(xué)參數(shù)（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(jìn)行分析，結(jié)果見表4。與石河子哈薩克族人群相比，和田地區(qū)哈薩克族人群（n=1 130）［11］的遺傳差異無統(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)意義。

表4 新疆石河子地區(qū)3個群體與相關(guān)人群等位基因頻率分布差異檢驗結(jié)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(tǒng)發(fā)生樹

分別選擇新疆石河子地區(qū)哈薩克族、回族、漢族3個民族群體和ALLST*R數(shù)據(jù)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(yīng)用Phylip-3.695軟件和系統(tǒng)發(fā)育樹作圖網(wǎng)站iTOL構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹（圖1）。因為D1S1656與D6S1043基因座在ALLST*R數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)太少，所以在后續(xù)分析中未被納入。

圖1 新疆石河子地區(qū)3個群體和全球45個群體的系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)發(fā)生樹呈現(xiàn)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(qū)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(guān)系更為緊密。

分別選擇新疆石河子地區(qū)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(yīng)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(yuǎn)（0.066 2）。

表5 Nei’s 標(biāo)準(zhǔn)計算新疆石河子地區(qū)3個群體遺傳距離結(jié)果Tab. 5 Nei’s standard genetic distance among 3 Xinjiang populations in Shihezi

3 討論

群體遺傳學(xué)數(shù)據(jù)的結(jié)果表明，DNA TyperTM21試劑盒可以用于新疆石河子地區(qū)哈薩克族、回族、漢族群體的個體識別、親緣關(guān)系鑒定以及DNA數(shù)據(jù)庫的建立。等位基因頻率分布差異檢驗結(jié)果顯示，新疆石河子地區(qū)回族與長沙地區(qū)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(xiàn)“大分散，小集中”的特點［5］。在本研究所調(diào)查的群體中，石河子地區(qū)回族和長沙地區(qū)回族在地理距離上是最遠(yuǎn)的，因此遺傳差異也最大，此外這種差異還可能與抽樣數(shù)量和抽樣方式有關(guān)。有研究表明，當(dāng)疑難生物檢材的DNA檢測結(jié)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(chǔ)數(shù)據(jù)更為科學(xué)，因此不同地區(qū)不同民族應(yīng)當(dāng)分別進(jìn)行遺傳多態(tài)性研究［20］。本研究得到的數(shù)據(jù)為該地區(qū)的群體遺傳學(xué)和法醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(qū)的漢族、回族交流較少，因此積累著自己的祖系基因。由系統(tǒng)發(fā)生樹可以看出，新疆石河子地區(qū)哈薩克族人群與漢族、回族人群間的遺傳距離遠(yuǎn)，漢族與回族群體遺傳距離較近，與李生斌［21］的研究結(jié)果是一致的。而且各民族之間的遺傳關(guān)系與歷史形成、地理分布、語系劃分基本是一致的。