江蘇地區(qū)漢族人群23個(gè)Y染色體STR基因座的多態(tài)性

馬 駿，朱愛華，石津瑋，金 明，巴華杰，平智廣

1江蘇省常州市公安局物證鑒定所，江蘇常州 213003 2鄭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室，鄭州 450001

·論著·

江蘇地區(qū)漢族人群23個(gè)Y染色體STR基因座的多態(tài)性

馬 駿1，朱愛華1，石津瑋1，金 明1，巴華杰1，平智廣2

1江蘇省常州市公安局物證鑒定所，江蘇常州 2130032鄭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室，鄭州 450001

目的調(diào)查23個(gè)Y染色體STR基因座在江蘇漢族人群中的多態(tài)性分布。方法采用PowerPlex Y23熒光標(biāo)記復(fù)合擴(kuò)增系統(tǒng)，對(duì)江蘇地區(qū)4821名漢族無關(guān)男性個(gè)體的靜脈血DNA進(jìn)行復(fù)合擴(kuò)增，3500xL遺傳分析儀進(jìn)行毛細(xì)管電泳檢測，分別計(jì)算各個(gè)STR基因座的等位基因頻率和基因多樣性，以及23個(gè)基因座聯(lián)合構(gòu)成的單倍型頻率和單倍型多樣性。結(jié)果23個(gè)Y染色體STR基因座在4821名江蘇漢族男性個(gè)體中的基因多樣性值介于0.4099～0.9696。共檢出4781種不同的單倍型，其中有4743種只出現(xiàn)1次，單倍型多樣性達(dá)到0.99999812。結(jié)論23個(gè)Y染色體STR基因座聯(lián)合應(yīng)用于江蘇地區(qū)漢族人群時(shí)具有較好的遺傳多態(tài)性分布，適用于該地區(qū)的群體遺傳學(xué)與法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別等研究。

Y染色體；短串聯(lián)重復(fù)序列；遺傳多態(tài)性

Y染色體STR基因座(Y chromosomal short tandem repeat，Y-STR)主要分布于Y染色體的非重組區(qū)(non-recombining Y，NRY)，由于該區(qū)域在減數(shù)分裂過程中不發(fā)生交換、重組，呈連鎖遺傳，因此分布于該區(qū)域的Y-STR可以毫無變化地(突變除外)呈單倍型沿父系傳遞，從而記錄下發(fā)生在祖輩的突變，形成了不同父系單倍型的多態(tài)性。早期，由于已發(fā)現(xiàn)的Y-STR數(shù)量較少，導(dǎo)致其聯(lián)合構(gòu)成的單倍型識(shí)別度較低。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及研究者對(duì)于Y-STR的重視程度增加，越來越多新的Y-STR被發(fā)現(xiàn)，對(duì)于其多態(tài)性的研究也日益廣泛和深入[1- 3]。但由于Y-STR在群體之間的異質(zhì)性水平較高，不同群體之間的多態(tài)性分布有明顯的差異，特別是地理因素在遺傳多態(tài)性形成中的作用比語言等因素更為顯著[4]。因此，在將Y-STR應(yīng)用于群體遺傳學(xué)、法庭科學(xué)等方面研究時(shí)，必須先對(duì)特定群體的多態(tài)性分布進(jìn)行調(diào)查。本研究對(duì)4821名江蘇地區(qū)漢族男性個(gè)體在DYS19、DYS385a/b、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393、DYS437、DYS438、DYS439、DYS448、DYS456、DYS458、DYS481、DYS533、DYS549、DYS570、DYS576、DYS635、DYS643、GATA_H4等23個(gè)Y-STR的遺傳多態(tài)性進(jìn)行了初步研究，在初步獲得其多態(tài)性指標(biāo)的基礎(chǔ)上為以后法庭科學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用提供更為可靠的群體頻率資料，同時(shí)也為其他地區(qū)與民族的群體遺傳學(xué)等研究提供對(duì)比數(shù)據(jù)。

材料和方法

樣本采集隨機(jī)選取江蘇地區(qū)4821名無血緣關(guān)系的漢族男性個(gè)體(三代之內(nèi)均居住于江蘇地區(qū))為研究樣本，分別采集靜脈血3 ml，EDTA抗凝，-70 ℃保存?zhèn)溆谩１狙芯拷?jīng)常州市倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書。

主要儀器和試劑鼎永4800型擴(kuò)增儀(北京鼎永泰克科技有限公司)、GeneAmp PCR System 9700擴(kuò)增儀(美國Life Technology公司)、3500xL遺傳分析儀(美國Life Technology公司)、5% Chelex- 100(德國默克公司)、Hi-Di formamide(美國Life Technology公司)、PowerPlex Y23試劑盒(美國Promega公司)。

基因組DNA提取參照Walsh等[5]的方法，用5% Chelex- 100提取4821名個(gè)體靜脈血基因組DNA。

23個(gè)Y-STR基因座的復(fù)合擴(kuò)增參照PowerPlex Y23試劑盒說明，擴(kuò)增的總反應(yīng)體系為25 μl，其中含Mix 5 μl，Primer 2.5 μl，模板DNA 1 μl，超純水補(bǔ)足體系至25 μl。擴(kuò)增反應(yīng)在GeneAmp PCR System 9700擴(kuò)增儀上進(jìn)行，96 ℃預(yù)變性2 min；然后94 ℃變性10 s，61 ℃退火1 min，72 ℃延伸30 s，共26個(gè)循環(huán)；最后60 ℃保溫20 min，擴(kuò)增產(chǎn)物于4 ℃?zhèn)溆谩?/p>

擴(kuò)增產(chǎn)物的毛細(xì)管電泳分離及檢測分別取12 μl去離子甲酰胺(Hi-Di formamide)、0.3 μl CC5 Internal Line Standard for Y23與1 μl擴(kuò)增產(chǎn)物混勻，95 ℃變性3 min后迅速置于冰上5 min。然后用3500xL遺傳分析儀對(duì)變性后擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行毛細(xì)管電泳分離及檢測，Data Collection 3.1軟件收集電泳數(shù)據(jù)，GeneMapper ID-X 1.3軟件分析基因產(chǎn)物片段長度并對(duì)等位基因進(jìn)行分型。

結(jié) 果

等位基因頻率分布除基因座DYS385a/b以外的21個(gè)Y-STR共檢測出187個(gè)等位基因，分別為DYS19(7)、DYS389Ⅰ(6)、DYS389Ⅱ(10)、DYS390(10)、DYS391(7)、DYS392(10)、DYS393(8)、DYS437(4)、DYS438(8)、DYS439(8)、DYS448(9)、DYS456(9)、DYS458(12)、DYS481(14)、DYS533(8)、DYS549(8)、DYS570(13)、DYS576(12)、DYS635(10)、DYS643(8)、GATA_H4(6)，等位基因頻率分布在0.0002～0.7812間，GD值介于0.4099～0.8963；DYS385a/b基因座檢出96種不同基因型，頻率分布在0.0002～0.1104間，GD值為0.9696(表1、2)。

單倍型頻率分布在4821名個(gè)體中，共檢測出4781種不同的單倍型，其頻率分布在0.0002～0.0006間，其中4743種只出現(xiàn)1次；36種出現(xiàn)2次；2種出現(xiàn)3次，分別為15- 13- 12- 29- 23- 11- 14- 13- 14- 10- 11- 18- 17- 15- 25- 11- 12- 18- 18- 19- 11- 12與15- 13- 12- 29- 23- 11- 14- 13- 14- 10- 11- 18- 17- 15- 25- 11- 12- 19- 18- 19- 11- 12。23個(gè)Y-STR的HD值為0.99999812，DC值為0.9917，MP值為0.00021。

表 1 江蘇地區(qū)漢族人群22個(gè)Y-STR等位基因頻率與基因多樣性(n=4281)Table 1 Allele frequencies and gene diversities of 22 Y-STR loci in a Han population in Jiangsu province(n=4281)

續(xù)表1

STR：短串聯(lián)重復(fù)序列；GD：基因多樣性

STR：short tandem repeat；GD：gene diversity

表 2 江蘇地區(qū)漢族人群DYS385a/b等位基因頻率與基因多樣性(n=4281)Table 2 Allele frequencies and gene diversities of DYS385a/b locus in a Han population in Jiangsu province(n=4281)

討 論

眾所周知，傳統(tǒng)的古生物學(xué)家、歷史學(xué)家、語言學(xué)家以及考古學(xué)家研究現(xiàn)代人類群體間關(guān)系的局限性已日益突顯。而隨著分子生物學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展，基因組多態(tài)性研究特別是Y-STR多態(tài)性在群體遺傳學(xué)中的應(yīng)用逐漸顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由于單個(gè)Y-STR的個(gè)體識(shí)別能力有限，在實(shí)際應(yīng)用中需要選擇多個(gè)Y-STR構(gòu)建適當(dāng)?shù)膯伪缎?，探討其在不同地區(qū)、不同民族的群體中的分布規(guī)律，對(duì)不同群體的起源進(jìn)化、群體內(nèi)部的遷徙融合、群體之間的相互關(guān)系以及法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別等領(lǐng)域的研究有著極其重要的意義[8- 11]。

最初，由于發(fā)現(xiàn)的Y-STR數(shù)量有限，國際上將DYS19、DYS385a/b、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393等9個(gè)核心基因座用于構(gòu)建一種“最小單倍型”(minimal haplotype，MHT)。MHT的確定和應(yīng)用為Y-STR單倍型數(shù)據(jù)庫(http：//www.yhrd.org)的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此后，隨著發(fā)現(xiàn)的Y-STR不斷增多，美國DNA分析方法科學(xué)工作組(SWGDAM)建議在MHT基礎(chǔ)上增加DYS438、DYS439，構(gòu)成“擴(kuò)展單倍型”(extended haplotype，EHT)，以增加個(gè)體識(shí)別能力。近年來，各種商品化試劑盒不斷推出，包含的基因座數(shù)目也越來越多，例如PowerPlex Y12(“擴(kuò)展單倍型”+DYS437)、AmpFI STR Yfiler(“PowerPlex Y12”+DYS448、DYS456、DYS458、DYS635、GATA_H4)、PowerPlex Y23(“AmpFI STR Yfiler”+DYS576、DYS481、DYS549、DYS533、DYS570、DYS643)。本研究采用PowerPlex Y23試劑盒對(duì)4821名江蘇地區(qū)漢族無關(guān)男性個(gè)體進(jìn)行了DYS19、DYS385a/b、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393、DYS437、DYS438、DYS439、DYS448、DYS456、DYS458、DYS481、DYS533、DYS549、DYS570、DYS576、DYS635、DYS643、GATA_H4共23個(gè)Y-STR的多態(tài)性研究。其中，DYS385a/b通常認(rèn)為是兩個(gè)基因座(DYS385a與DYS385b)，等位基因以基因型的形式表現(xiàn)，這是因?yàn)樵赮染色體長臂上的兩個(gè)重復(fù)回文區(qū)域(間隔40 775bp)都有DYS385基因座，用1對(duì)引物擴(kuò)增可產(chǎn)生2個(gè)不同的等位基因，分別標(biāo)記為a和b，當(dāng)a和b等位基因大小相同時(shí)，電泳檢測只出現(xiàn)1個(gè)峰，當(dāng)a和b等位基因大小不同時(shí)，電泳檢測會(huì)出現(xiàn)2個(gè)峰。

與常染色體STR基因座不同，Y-STR系連鎖遺傳，不符合Hardy-Weinberg平衡定律，所以不能通過用概率乘法計(jì)算組合概率來獲得遺傳學(xué)指標(biāo)值，Y-STR的遺傳學(xué)指標(biāo)計(jì)算有其獨(dú)立的規(guī)則和公式。通常情況下，以GD來衡量Y-STR在特定群體中的多態(tài)性分布。Shriver等[12]認(rèn)為，當(dāng)GD值小于0.5時(shí)該基因座屬于低多態(tài)性，大于0.8時(shí)屬于高多態(tài)性。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，本研究中僅DYS391(GD=0.4724)、DYS438(GD=0.4099)屬于低多態(tài)性基因座，其余21個(gè)基因座的GD值介于0.6173～0.9696間，均屬于中高度多態(tài)性基因座，尤其是DYS389Ⅱ、DYS392、DYS448、DYS458、DYS635、DYS481、DYS570、DYS576、DYS385a/b的GD值均高于0.8，可見本研究選取的23個(gè)Y-STR適合應(yīng)用于江蘇地區(qū)漢族男性群體的多態(tài)性研究。

本研究還發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合應(yīng)用的Y-STR數(shù)量越多，其構(gòu)成的單倍型在群體中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越少(表3)。本研究中，HD值由MHT組(9個(gè))的0.99894113上升到PowerPlex Y23組(23個(gè))的0.99999812，DC值由MHT組(9個(gè))的0.5789上升到PowerPlex Y23組(23個(gè))的0.9917，MP值則由MHT組(9個(gè))的0.00142下降到PowerPlex Y23組(23個(gè))的0.00021，均進(jìn)一步說明Y-STR數(shù)量越多其多態(tài)性分布越好，個(gè)體識(shí)別能力越強(qiáng)。

由于目前國內(nèi)應(yīng)用PowerPlex Y23試劑盒進(jìn)行群體研究的報(bào)道較少，本研究從中選取與Yfiler組相同的17個(gè)基因座與蘇北漢族[13]、河南漢族[14]、陜西漢族[15]、內(nèi)蒙漢族[16]、湖北漢族[17]、云南漢族[18]、廣東漢族[19]、維吾爾族[20]、蒙古族[21]等群體進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，江蘇漢族與蘇北漢族的GD值最高，且江蘇漢族與蘇北漢族相差不大，其中在DYS19、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS392、DYS438、DYS439、DYS437、DYS448、DYS458、DYS385a/b是蘇北漢族最高，而DYS391、DYS393、DYS456、DYS635、DY_GATA_H4是江蘇漢族最高(表4)。分析其原因可能如下：(1)由于本研究中采樣個(gè)體的范圍涉及蘇南與蘇北(以長江為界)，群體混雜度相比蘇北人群更高；(2)這兩個(gè)人群所使用的試劑盒不同，在部分基因座上其多態(tài)性分布有差異是必然存在的；(3)本研究與蘇北漢族的樣本量較大(分別為4821與642)，以致GD值高于其他人群。同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)新疆維吾爾族人群在DYS391、DYS438的GD值為最高，特別是DYS438的GD值達(dá)到0.6819，遠(yuǎn)高于其他人群[20]，分析其原因可能在于維吾爾族屬于高加索人種，而其他對(duì)比群體屬于蒙古人種，人種之間的差異導(dǎo)致基因多態(tài)性分布出現(xiàn)差異，此結(jié)果有待進(jìn)一步深入研究。

表 3 Y-STR基因座不同組合時(shí)的多態(tài)性統(tǒng)計(jì)指標(biāo)(n=4281)Table 3 Statistical indicators of different combinations of Y-STR loci(n=4281)

MP：匹配概率；DC：個(gè)體識(shí)別能力；HD：單倍型多樣性

MP：match probability；DC：discrimination capacity；HD：haplotype diversity

MHT：DYS19+DYS389Ⅰ+DYS389Ⅱ+DYS390+DYS391+DYS392+DYS393+DYS385a/b；EHT：MHT+DYS438+DYS439；PPY12：EHT+DYS437；YFiler：PPY12+DYS448+DYS456+DYS458+DYS635+GATA_H4；PPY23：YFiler+DYS576+DYS481+DYS549+DYS533+DYS570+DYS643

表 4 江蘇地區(qū)漢族人群與其他人群在17個(gè)Y-STR的基因多樣性差異Table 4 Comparisons of gene diversities of 17 Y-STR loci between Jiangsu Han and other populations

綜上，本研究調(diào)查的23個(gè)Y-STR聯(lián)合應(yīng)用具有良好的多態(tài)性分布與較強(qiáng)的個(gè)體識(shí)別能力，適用于江蘇地區(qū)漢族男性的群體遺傳學(xué)研究與法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別。但同時(shí)也需要注意，研究Y-STR單倍型在不同群體中的分布規(guī)律，雖然可以追溯現(xiàn)代人類的父系祖先，構(gòu)建父系進(jìn)化史，但應(yīng)盡量選擇更適合本地人群的Y-STR，同時(shí)盡可能增加樣本量，從而獲得本地人群的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由此得出的分析結(jié)果可信度會(huì)更高。

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Polymorphismsof23Y-chromosomeSTRLociinAHanPopulationinJiangsuProvince

MA Jun1，ZHU Aihua1，SHI Jinwei1，JIN Ming1，BA Huajie1，PING Zhiguang2

1Institute of Forensic Science of Public Security Bureau of Changzhou，Changzhou，Jiangsu 213003，China2Department of Health Biostatistics，College of Public Health，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

PING Zhiguang Tel：0371- 67781471，E-mail：ping_zhg@163.com

ObjectiveTo investigate the polymorphisms of 23 Y-STR loci in a Han population in Jiangsu province.MethodsBlood samples were collected from 4821 unrelated healthy Han males in Jiangsu province. DNA templates were amplified by PowerPlex Y23 kit，and the amplification products were detected by 3500xL genetic analyzer. Then，we calculated the allele frequencies and gene diversities respectively，as well as the haplotype frequencies and haplotype diversities.ResultsThe gene diversity of these 23 Y-STR loci ranged 0.4099- 0.9696. A total of 4781 haplotypes were detected，of which 4743 were found once. The haplotype diversity was 0.99999812.ConclusionThe 23 Y-STR loci used in this study are highly polymorphic in Han individuals in Jiangsu province and therefore suitable for population genetic study and forensic individual identification.

Y chromosome；short tandem repeat；genetic polymorphism

平智廣 電話：0371- 67781471，電子郵件：ping_zhg@163.com

Q347

A

1000- 503X(2017)05- 0629- 08

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.05.006

ActaAcadMedSin，2017,39(5)：629-636

2016- 07- 14)