STR基因座三帶型等位基因的統(tǒng)計學(xué)分析

劉瑩，任賀

（1.北京市公安局法醫(yī)檢驗鑒定中心法醫(yī)物證室，北京 100192；2.北京警察學(xué)院法醫(yī)教研室，北京 102202）

STR基因座三帶型等位基因的統(tǒng)計學(xué)分析

劉瑩1，任賀2

（1.北京市公安局法醫(yī)檢驗鑒定中心法醫(yī)物證室，北京 100192；2.北京警察學(xué)院法醫(yī)教研室，北京 102202）

目的探討STR基因座三帶型等位基因的統(tǒng)計學(xué)方法。方法對8846份無關(guān)個體的靜脈血或血痕樣本利用磁珠法提取血液DNA，通過復(fù)合熒光擴增和毛細管電泳得到STR基因型，采用GeneMapper ID v3.2軟件分析STR基因型，并通過直接計數(shù)法檢測三帶型基因型頻率，公式計算三帶型等位基因頻率，并推導(dǎo)三帶型統(tǒng)計學(xué)分析在親緣鑒定及個體識別中的公式。結(jié)果8846份樣本中，共檢出4例三帶型等位基因和3種三帶型基因型，且發(fā)現(xiàn)等位基因基因頻率的乘積與實際發(fā)生率差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，并成功推導(dǎo)出三帶型在親緣鑒定及個體識別中的公式。結(jié)論三帶型等位基因某兩個等位基因作為整體在群體中遺傳的頻率可用這兩個等位基因頻率的乘積進行估算。

法醫(yī)遺傳學(xué)；統(tǒng)計學(xué)；短串聯(lián)重復(fù)序列；三帶型

正常人常染色體單個STR基因座的分型圖譜中純合子個體只有1個峰，雜合子個體有2個峰，一般情況下不會出現(xiàn)3個或多個峰，在極少數(shù)情況下單個STR基因座出3個峰，稱為三帶型。目前對三帶型案例的遺傳分析報道很少，本研究通過對8846份無關(guān)個體進行三帶型等位基因的遺傳分析，并探討STR基因座三帶型等位基因的統(tǒng)計學(xué)方法。

1 材料與方法

1.1 材料

收集4356例親緣關(guān)系鑒定及1521例個體識別鑒定案例（共8846份無關(guān)個體的靜脈血或血痕樣本）。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取

用磁珠法提取血液樣本中的DNA。

1.2.2 PCR擴增

親緣關(guān)系鑒定樣本用GoldeneyeTM20A身份鑒定系統(tǒng)［基點認知技術(shù)（北京）有限公司］進行復(fù)合擴增，個體識別鑒定樣本用Identifiler Plus試劑盒（美國AB公司）進行復(fù)合擴增。進行重復(fù)驗證時，用磁珠法重新提取檢材，用AGCU 17+1 STR熒光檢測試劑盒（無錫中德美聯(lián)公司）或GoldeneyeTM20A身份鑒定系統(tǒng)重新進行復(fù)合擴增。反應(yīng)體系與熱循環(huán)參數(shù)按照各個試劑盒要求進行。

1.2.3 擴增產(chǎn)物的檢測

產(chǎn)物在3130遺傳分析儀（美國AB公司）進行電泳檢測，采用GeneMapper ID v3.2軟件分析STR基因座。

1.2.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

直接計數(shù)法檢測三帶型基因型頻率。三帶型等位基因頻率通過以下方法推導(dǎo)：假設(shè)三帶型案件中基因型為R/S/T，各等位基因頻率分別為r、s、t，R/S遺傳給子代。在缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，其在群體中發(fā)生的頻率約為這兩個等位基因頻率的乘積。三帶型等位基因頻率的計算公式為PRS=r×s，并推導(dǎo)三帶型統(tǒng)計學(xué)分析在親緣鑒定及個體識別中的公式。

2 結(jié)果

2.1 4例三帶型等位基因分型及同染色體基因座分型結(jié)果

8 846 份無關(guān)個體的靜脈血及血痕樣本中，共檢出4例三帶型等位基因案例，其等位基因分型見表1，4例三帶型等位基因分型圖譜見圖1～4。

表1 4例三帶型等位基因分型結(jié)果

圖1 案例1 TPOX基因座分型圖譜

圖2 案例2 vWA基因座分型圖譜

圖3 案例3 D21S11基因座分型圖譜

圖4 案例4 TPOX基因座分型圖譜

2.2 統(tǒng)計學(xué)分析

2.2.1 三帶型等位基因頻率的評估

8846 份無關(guān)個體的靜脈血及血痕樣本中，共檢出3種三帶型基因型，其中vWA及D21S11基因型頻率均為1.13×10-4，TPOX基因型頻率為2.26×10-4。

以三帶型頻率最高的TPOX基因座（案例4）為例，假設(shè)11/12作為整體一起遺傳給子代。根據(jù)方法學(xué)中的公式PRS=r×s，并參照文獻[1]數(shù)據(jù)，該等位基因的理論頻率為：P11/12=0.287 1×0.0223≈0.0064。經(jīng)Poisson分布檢驗，u=-7.15，P＜0.001，理論頻率與本研究該基因座三帶型頻率間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，即PRS大于群體實際頻率。如8/11或8/12作為整體遺傳，得出u值分別為-37.34、-10.15，P值均＜0.001。

2.2.2 親緣鑒定及個體識別中三帶型統(tǒng)計學(xué)分析

親緣鑒定中，假設(shè)母親基因型為P/Q，孩子為Q/R/S，爭議父為R/S/T，等位基因頻率為p、q、r、s、t。三聯(lián)體的該基因座PI值可根據(jù)文獻[2]的方法計算：

二聯(lián)體中，如孩子的分型為正常純合子或雜合子，或從母親處遺傳兩條帶，可按正常二聯(lián)體進行計算PI值。如孩子從父親處遺傳兩條帶，根據(jù)文獻[2]的計算方法如下：

個體識別案件中，基因座的基因型頻率按P=2× r×s×t計算，在此不再贅述。

3 討論

根據(jù)目前研究推測，三帶型基因座現(xiàn)象產(chǎn)生的機制有以下幾個方面：一是父系或母系同源染色體在減數(shù)分裂時不分離而整體遺傳給子代，即三體綜合征。如需證實是否為三體綜合征，應(yīng)采集其靜脈血進行血細胞培養(yǎng)作染色體分析。二是三帶型基因現(xiàn)象的產(chǎn)生可能是同源染色體在減數(shù)分裂時出現(xiàn)不等價交換導(dǎo)致等位基因重復(fù)[3]。三是在受精卵發(fā)育階段，染色體不分離產(chǎn)生不同基因型細胞組成的嵌合體[4]。四是雙胞胎可能在子宮內(nèi)發(fā)生胚胎間血液交換，出現(xiàn)三帶型等位基因[5]。另外，有研究[6]顯示，同一基因座在不同人群中出現(xiàn)三等位基因的模式可能并不相同。

成人發(fā)生三體綜合征的概率很小，本研究不予考慮。從機制看，本研究中的4例三帶型等位基因案例的發(fā)生可能與同源染色體不等價交換有關(guān)。本研究及相關(guān)文獻[6]均提示，位于同一染色體上的兩個等位基因可通過生殖細胞的減數(shù)分裂遺傳給子代。同時，在這4個案例中，三帶型基因座的各等位基因的相對熒光強度之比約為1∶1∶1，說明三個等位基因在血細胞中的數(shù)量是相等的。

由于三帶型等位基因現(xiàn)象比較少見，若在基因分型時出現(xiàn)這種現(xiàn)象，需引起重視。首先應(yīng)重復(fù)實驗，排除模板污染、PCR擴增引起的非特異產(chǎn)物、內(nèi)標或ladder分型是否正確等問題，然后采用其他擴增體系驗證。若仍為三帶型等位基因，才能作出定論，保證鑒定結(jié)論的可靠性。

本研究中，vWA基因座三帶型頻率的部分評估P值大于0.05。究其原因，vWA基因座21等位基因的基因頻率為0.0007[1]，屬稀有等位基因。本研究樣本量僅為8846份無關(guān)個體，所以u值有偏差。如增加樣本量，應(yīng)能修正該數(shù)值。事實上，截至2012年11月30日，STR數(shù)據(jù)庫未發(fā)現(xiàn)該基因座有14/18/21三帶型。因此根據(jù)公式PRS=r×s得出帶有21等位基因的三帶型理論頻率明顯較實際頻率高。這一結(jié)論在法庭上更有利于保護鑒定人。較簡單的方法是將2個等位基因合為一體用稀有等位基因頻率作為其頻率來計算PI值[7]。

綜上，本研究認為在缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下，三帶型某兩個等位基因作為整體在群體中遺傳的頻率可用這兩個等位基因頻率的乘積進行評估。如不能確認作為整體遺傳的等位基因，可用任兩等位基因頻率乘積中的最小值進行估算。

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Statistics Analysis of Tri-allelic Patterns in STR loci

LIU Ying1,REN He2

（1.Department of Forensic Evidence,Forensic Medical Examination Center of Beijing Public Security Bureau,Beijing 100192,China;2.Teaching and Research of Forensic Pathology,Beijing Police College,Beijing 102202,China）

ObjectiveTo investigate the statistical method of tri-allelic patterns of STR loci.MethodsThe DNAs of venous blood and blood stain samples from 8846 unrelated individuals were extracted using magnetic bead method,and STR genotypes were determined by multiplex fluorescent amplification and capillary electrophoresis and analyzed using GeneMapper ID v3.2 software.The genotype frequency and allele frequency of trizonal were determined by direct counting and formula,respectively,in order to deduce the formula of trizonal in paternity test and individual recognition.ResultsOf the 8 846 individuals,four tri-alleles and three tri-genotypes were detected.The multiplying of allele frequency and actual rate showed significantly statistical difference.The formula of trizonal in paternity test and individual recognition was successfully deduced.ConclusionThe frequency of the two alleles inherited as a whole in the population could be calculated by multiplying the frequencies of each allele in the tri-allelic patterns.

forensic genetics;statistics;STR;tri-allelic patterns

DF795.2

10.3969/j.issn.1004-5619.2013.06.011

1004-5619（2013）06-0444-03

2013-08-01）

（本文編輯：李成濤）

劉瑩（1976—），女，山東聊城人，碩士，副主任法醫(yī)師，主要從事法醫(yī)物證學(xué)研究；E-mail：snow.ly@163.com