中國(guó)大陸地區(qū)漢族15個(gè)常染色體STR基因座的突變分析

趙　琢,　張　捷，　柳　明，　劉志鵬，　王　華，

孫　俐1，　翟自芹1

(1.天津出入境檢驗(yàn)檢疫局工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心，天津　300308；

2.北京出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，北京　100026)

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中國(guó)大陸地區(qū)漢族15個(gè)常染色體STR基因座的突變分析

趙琢1,張捷2，柳明1，劉志鵬1，王華1，

孫俐1，翟自芹1

(1.天津出入境檢驗(yàn)檢疫局工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心，天津300308；

2.北京出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，北京100026)

摘要目的 調(diào)查中國(guó)大陸地區(qū)漢族15個(gè)常染色體STR基因座(CSF1PO，D13S317，D16S539，D18S51，D19S433，D21S11，D2S1338，D3S1358，D5S818，D7S820，D8S1179，F(xiàn)GA，TH01，TPOX，vWA)的突變模式及突變率。方法 采用PrepFilerTM法醫(yī)學(xué)DNA提取試劑盒、AmpFlSTR?Ientifiler?PCR擴(kuò)增試劑盒檢測(cè)19 037個(gè)三聯(lián)體，根據(jù)等位基因突變的來(lái)源確定其突變模式并計(jì)算各基因座的突變率。結(jié)果 在15個(gè)基因座中共觀察到750例突變，且每個(gè)基因座均發(fā)現(xiàn)有突變個(gè)例；其中一步突變約占總突變的65%，二步突變約占18%，三步突變約占8%，四步突變約占2%；另外還觀察到53例非整步突變，約占總突變的7%。每個(gè)基因座表現(xiàn)出的突變率各不相同，其中D13S317的突變率最高(5.97‰)，而TPOX的突變率最低(0.53‰)。

關(guān)鍵詞STR； 等位基因； 突變率； 突變模式

0引言

短串聯(lián)重復(fù)序列(Short Tandem Repeat，STR)由于其高度的多態(tài)性，是在法醫(yī)學(xué)鑒定、個(gè)體識(shí)別和遺傳連鎖分析中應(yīng)用最廣泛的遺傳標(biāo)記[1-6]。目前法醫(yī)學(xué)鑒定中使用的STR基因座普遍多態(tài)性高，個(gè)體識(shí)別能力強(qiáng)，但同時(shí)突變率相對(duì)也較高[1, 7-10]，因此在我國(guó)進(jìn)行大樣本量的STR基因座突變調(diào)查分析具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)法醫(yī)學(xué)鑒定中有關(guān)于STR基因座突變的報(bào)道大部分是對(duì)單親親子鑒定中出現(xiàn)突變的統(tǒng)計(jì)分析，獲得的親權(quán)指數(shù)相對(duì)較低；同時(shí)由于調(diào)查分析的樣本量低，且觀察到的突變個(gè)例較少[11-16]，因此結(jié)論可信度不高，不能完全、真實(shí)地反映STR基因座在我國(guó)人群中的突變情況。本項(xiàng)目從42 416個(gè)親權(quán)鑒定樣本中篩選出19 037個(gè)三聯(lián)體作為研究樣本，選取15個(gè)常見(jiàn)的常染色體STR基因座進(jìn)行STR基因座的突變分析，探討STR基因座突變類型和突變率并總結(jié)其特點(diǎn)和規(guī)律。

1材料與方法

1.1　研究對(duì)象

42 416例親子鑒定樣本為2012年至2014年期間本實(shí)驗(yàn)室日常檢測(cè)的樣本，主要來(lái)自中國(guó)大陸地區(qū)的漢族人群，其中包含19, 037個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)體，本文進(jìn)行的所有突變分析均以這些標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)體為研究對(duì)象。本文要考察的15個(gè)STR基因座如下：CSF1PO，D13S317，D16S539，D18S51，D19S433，D21S11，D2S1338，D3S1358，D5S818，D7S820，D8S1179，F(xiàn)GA，TH01，TPOX，vWA。

1.2　方法

本研究樣本均為血液樣本。采用PrepFilerTM法醫(yī)學(xué)DNA提取試劑盒對(duì)鑒定對(duì)象的血液樣本進(jìn)行基因組DNA的提取。采用AmpFlSTR?Ientifiler?PCR擴(kuò)增試劑盒對(duì)15個(gè)STR基因座進(jìn)行擴(kuò)增，最后使用ABI PRISM?3130xl遺傳分析儀對(duì)15個(gè)STR基因座進(jìn)行遺傳分析。

1.3　最小突變步數(shù)原則

如果親代一方或雙方存在突變可能，則將與新等位基因重復(fù)單位數(shù)相差最小的親代基因作為突變基因；如果親代一方或雙方等位基因突變步數(shù)相等，則將與新等位基因重復(fù)單位結(jié)構(gòu)最接近者作為突變基因。如果突變步數(shù)相等，結(jié)構(gòu)相近，則為未知來(lái)源。本文中用于分析的突變均選用能夠確認(rèn)來(lái)源的突變。

2結(jié)果

2.1　突變率

19 037例三聯(lián)體經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，共發(fā)現(xiàn)已知來(lái)源突變751例，15個(gè)基因座的突變率介于0.58‰~6.46‰(圖1)，其中突變率最高發(fā)生在D13S317基因座，為6.46‰；突變率最低發(fā)生在TPOX基因座，為0.58‰。通常法醫(yī)學(xué)親權(quán)鑒定中遺傳標(biāo)記的突變率要求低于10‰[17]，盡管本研究中所有STR基因座的突變率均低于10‰，但像CSF1PO，D13S317，F(xiàn)GA，TH01等一些高頻突變基因座應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

圖1　15個(gè)STR基因座的突變率分析

STR基因座在不同等位基因觀察到的突變個(gè)數(shù)見(jiàn)表1，基因座觀察到突變的等位基因數(shù)介于5~11個(gè)；我們發(fā)現(xiàn)FGA發(fā)生突變的等位基因分布最廣，多達(dá)11個(gè)；vWA發(fā)生突變的等位基因數(shù)最少，為5個(gè)。

表1　15個(gè)STR基因座發(fā)生突變等位基因的統(tǒng)計(jì)分析

2.2　突變模式及分布

目前，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為STR基因座的突變模式是逐步突變(stepwise mutation model)，主要為整個(gè)重復(fù)單位的獲得和缺失，包括一步突變、二步突變、三步突變和四步突變，而非單個(gè)重復(fù)單位的增加和減少。本研究共發(fā)現(xiàn)487例一步突變，135例二步突變，58例三步突變，18例四步突變，53例非整步突變(見(jiàn)圖2)。本研究中一步突變占比最高(65%)，而兩個(gè)或多于兩個(gè)重復(fù)單位的突變則逐漸減少，這與先前的一些報(bào)道一致[11, 12, 14, 18-20]，這提示我們多步突變可能是通過(guò)逐步突變形成的。

圖2　STR基因座的突變模式及分布

本研究針對(duì)觀察到的5種突變模式，對(duì)15個(gè)STR基因座發(fā)生的突變進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。我們發(fā)現(xiàn)，非整步突變主要發(fā)生在CSF1PO，D19S433，D21S11，F(xiàn)GA，TH01 5個(gè)基因座上，在這其中又以D19S433發(fā)生的非整步突變最多(D19S433共觀察到55例突變，其中25例為非整步突變，占比45.5%)。另外，D5SA818只觀察到了一步突變和二步突變，D3S1358、D7S820、TPOX 3個(gè)基因座觀察到了一步突變、二步突變和三步突變。其他基因座五種突變類型均有分布。

圖3　15個(gè)STR基因座的突變分布

3討論

3.1　STR基因座突變范圍調(diào)查分析

本研究針對(duì)中國(guó)大陸地區(qū)漢族人群進(jìn)行15個(gè)常染色體STR基因座的突變統(tǒng)計(jì)分析，涉及樣本量將近2萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)體。15個(gè)基因座均觀察到突變，共計(jì)觀察到751例已知來(lái)源突變；據(jù)我們所知，如此大范圍、大樣本量的STR基因座突變分析尚屬首次，我們認(rèn)為在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的突變率及突變模式統(tǒng)計(jì)分析能夠真實(shí)反映我國(guó)漢族人群的STR基因座突變情況。

3.2　STR基因座突變機(jī)制分析

理論上任何DNA區(qū)域都有可能發(fā)生突變，包括點(diǎn)突變、插入、獲得、缺失等；STR基因座由于其短串聯(lián)重復(fù)序列的特性，更加容易發(fā)生重復(fù)單位獲得和缺失的突變，具有高度多態(tài)性；因此在理論上，STR基因座所有等位基因可能都是由一個(gè)最初的個(gè)體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)化而來(lái)[21]的。目前，大多數(shù)人認(rèn)為有關(guān)STR基因座突變的機(jī)制是滑動(dòng)錯(cuò)配所致。DNA在復(fù)制和合成過(guò)程中，合成鏈會(huì)和模板鏈分離，在STR核心重復(fù)區(qū)域出現(xiàn)錯(cuò)配現(xiàn)象，形成含有一個(gè)或幾個(gè)重復(fù)單位的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致新生鏈和模板鏈的長(zhǎng)度不一致[22-24]。本研究中發(fā)現(xiàn)的突變及突變模式很好的印證了這一觀點(diǎn)。除此之外，本研究還總共發(fā)現(xiàn)了53例非整步突變，這提示我們可能還存在有其他潛在的突變機(jī)制，這些還有待進(jìn)一步研究。

3.3　法醫(yī)學(xué)分析

在法醫(yī)學(xué)鑒定、遺傳分析尤其是親權(quán)鑒定中，所使用的遺傳標(biāo)記都要求低突變率(低于0.1%)；根據(jù)這一要求，要想在一些STR基因座中觀察到突變，大約要檢測(cè)將近1 000對(duì)親子樣本[25]。本研究共采集中國(guó)大陸地區(qū)19 037個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)體樣本作為研究對(duì)象，綜合分析了15個(gè)常染色體STR基因座的突變情況，且大部分STR基因座都符合每1 000次等位基因傳遞或生育時(shí)發(fā)生1~5個(gè)突變的情況，因此我們的研究比較完整地反映了中國(guó)漢族人群的STR基因座突變情況，數(shù)據(jù)真實(shí)可信。最后，我們希望本研究可以為法醫(yī)學(xué)鑒定和遺傳分析提供良好的理論依據(jù)，為實(shí)際工作提供更好的指導(dǎo)價(jià)值。

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(責(zé)任編輯陳小明)

作者簡(jiǎn)介趙琢(1978—)， 男， 山西人， 博士， 高級(jí)工程師。

基金項(xiàng)目天津市檢驗(yàn)檢疫科技計(jì)劃項(xiàng)目(TK049- 2013)。

中圖分類號(hào)D918.4