太原漢族人群17個(gè)Y-STR基因座等位基因頻率及遺傳關(guān)系

陳惠珍，張 戎，張娟層，劉金杰，薛淑蓮，郭大瑋，梁景青(太原市公安局刑偵支隊(duì)技術(shù)處DNA室，太原 0000;山西醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)院;山西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院流行病教研室;通訊作者，E-mail:liangjingqing@sina.com)

人類(lèi)Y染色體屬于性染色體，除擬常染色區(qū)外，在遺傳過(guò)程中不發(fā)生交換重組，其序列結(jié)構(gòu)特征能穩(wěn)定地由父親傳給兒子，呈父系遺傳。因此，YSTR基因座在法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別、親子鑒定、混合斑中男性成分的檢測(cè)、追溯父系遷移歷史等方面都具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。本課題旨在為太原漢族人群YSTR單倍型提供基本數(shù)據(jù)資料，通過(guò)應(yīng)用Y-filerTM試劑盒，對(duì)17個(gè)Y-STR基因座進(jìn)行分析和研究，結(jié)合其他地區(qū)人群樣本資料，分析遺傳距離和遺傳關(guān)系，為太原漢族人群的歷史遷移提供生物學(xué)的支持。

1 材料和方法

1.1 樣本采集

選取居住在太原地區(qū)的102例漢族無(wú)關(guān)男性個(gè)體的血樣，樣本系太原市公安局DNA實(shí)驗(yàn)室日常案件積累。

1.2 Y-STR 基因座的選取

本課題應(yīng)用美國(guó)ABI公司的Y-filer試劑盒中17個(gè)Y-STR基因座進(jìn)行研究。

1.3 5%Chelex-100快速提取法提取DNA

1.3.1 檢材預(yù)處理 剪取1 cm×1 cm大小的血卡，置于1.5 ml的 EP管中，加入1 000 μl超純水，震蕩混勻后14 000 r/min離心3 min，棄上清，收集沉淀。1.3.2 提取 DNA 每個(gè) EP管中加入200 μl 5%Chelex-100和20 μl蛋白酶K，震蕩混勻后，在56℃水浴箱中孵育40 min。置于100℃加熱模塊中，變性8 min，14 000 r/min 離心3 min，取出，靜置。

1.4 PCR的擴(kuò)增及擴(kuò)增產(chǎn)物的檢測(cè)

1.4.1 PCR擴(kuò)增 PCR擴(kuò)增在ABI 9700擴(kuò)增儀上進(jìn)行，10 μl擴(kuò)增體系包括:Amp FlSTR? Y-filer Kit Primer Set 2 μl，Y-filer PCR Reaction mix 2.5 μl，Ampli Taq GoldTMDNA(5 U/L)0.2 μl，DNA 模板 0.8 μl，加去離子水至10 μl。PCR熱循環(huán)參數(shù):95℃，11 min;94℃，1 min;61℃，1 min;72℃，1 min;30個(gè)循環(huán);60℃，80 min;4℃保存。

1.4.2 擴(kuò)增片段的電泳分離與檢測(cè) 采用 ABI 3130xl型基因分析儀進(jìn)行毛細(xì)管電泳分離，應(yīng)用GeneMapper IDv 3.1軟件進(jìn)行基因分型。

1.5 數(shù)據(jù)分析

各基因座等位基因頻率采用直接計(jì)數(shù)法，各基因座基因變異度(GD)，根據(jù)公式GD=［n(1－∑Pi2)］/(n－1)計(jì)算，其中Pi為等位基因的頻率，n為樣本數(shù)［1，2］;計(jì)算累積的 GD 值(TGD)，按公式TGD=1－(1－GD1)(1－GD2)(1－GD3)(1－GD4)…(1－GDn)計(jì)算，GDn為各基因座的GD值。登陸單倍型數(shù)據(jù)庫(kù)(www.yhrd.org)，計(jì)算群體間的遺傳距離Rst矩陣。用MEGA5.05軟件建立群體相鄰連接(neighbor-joining，NJ)系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)。

102 例太原漢族人群數(shù)據(jù)與世界各群體共享信息:登陸單倍型數(shù)據(jù)庫(kù)(www.yhrd.org)，按照DYS19，DYS389Ⅰ，DYS389Ⅱ，DYS390，DYS391，DYS392，DYS393，DYS385a，DYS385b，DYS438，DYS439，DYS437，DYS448，DYS456，DYS458，DYS635，Y-GATA-H4的順序，依次輸入102例太原漢族人群數(shù)據(jù)資料，計(jì)算太原漢族人群與世界各個(gè)群體間的相同概率。

2 結(jié)果

2.1 102例太原漢族無(wú)關(guān)男性群體17個(gè)Y-STR基因座遺傳多態(tài)性

在102例太原漢族無(wú)關(guān)男性群體個(gè)體中，17個(gè)Y-STR基因座均得到有效的擴(kuò)增。DYS385a/b基因座共檢出41種單倍型，其余15個(gè)基因座共檢出84個(gè)等位基因，等位基因頻率在0.009 8－0.725 5之間，基因多樣性在0.433 5－0.894 0之間，除了DYS391、DYS437、DYS438，其余基因座的基因多樣性均大于0.5(見(jiàn)表1)。該結(jié)果說(shuō)明:17個(gè)Y-STR基因座在山西太原漢族人群中有較好的遺傳多態(tài)性，且有較強(qiáng)的個(gè)體識(shí)別能力及非父排除能力，適合法醫(yī)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用。

2.2 太原漢族人群與9個(gè)少數(shù)民族群體間的遺傳距離

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，太原地區(qū)漢族人群基因座等位基因及頻率分布與國(guó)內(nèi)其他地區(qū)的少數(shù)民族人群相比，具有較大的差異性(見(jiàn)表2)。太原漢族與其他9個(gè)［3－11］少數(shù)民族群體的遺傳距離都較大，其中，與遼寧滿(mǎn)族人群之間的遺傳距離最小(0.001 4)，與臺(tái)灣地區(qū)泰雅族之間的遺傳距離最大(0.469 6)。

2.3 太原漢族人群與10個(gè)群體間的遺傳距離

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，太原地區(qū)漢族人群中少數(shù)基因座等位基因及頻率分布與國(guó)內(nèi)其他地區(qū)的人群相比［12－15］，具有一定的差異性(見(jiàn)表3)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明:太原漢族與北京漢族之間的遺傳距離最小(0.001 7)，與臺(tái)灣泰雅族人群之間的距離最大(0.469 6)。

2.4 太原漢族人群與11個(gè)群體間的N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)

2.4.1 太原漢族人群與9個(gè)少數(shù)民族群體間的NJ系統(tǒng)發(fā)生樹(shù) 太原漢族與9個(gè)少數(shù)民族間的N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)結(jié)果顯示:漢族人群與少數(shù)民族人群之間有一定的遺傳距離。太原漢族和遼寧滿(mǎn)族、北京漢族聚為一類(lèi)，與廣西壯族和福州畬族遺傳距離較近;衛(wèi)藏地區(qū)藏族、安多地區(qū)藏族、康巴地區(qū)藏族和青海藏族聚為一大類(lèi)，臺(tái)灣泰雅族和臺(tái)灣排灣族聚為一類(lèi)(見(jiàn)圖1)。

2.4.2 太原漢族人群與10個(gè)群體間的N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(shù) 太原漢族與10個(gè)群體間的N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)結(jié)果顯示:太原漢族與西安漢族遺傳距離最近，與北京漢族聚為一類(lèi);河南漢族與廣西壯族、云南漢族聚為一大類(lèi);安多地區(qū)藏族和衛(wèi)藏地區(qū)藏族聚為一類(lèi);浙江漢族，代表南方漢族人群?jiǎn)为?dú)為一類(lèi);臺(tái)灣泰雅族和臺(tái)灣排灣族聚為一類(lèi)(見(jiàn)圖2)。

3 討論

3.1 太原漢族人群17個(gè)Y-STR基因座等位基因頻率及遺傳多態(tài)性

表1 太原市漢族無(wú)關(guān)男性個(gè)體17個(gè)Y-STR基因座等位基因頻率分布及GD值 (n=102)Table 1 Allelic frequencies and gene diversity of 17 Y-STR loci in Taiyuan Han populations (n=102)

表2 個(gè)不同種族群體間Rst值的遺傳距離矩陣Table 2 The genetic distance between 11 populations

表3 11個(gè)不同群體間Rst值的遺傳距離矩陣Table 3 The genetic distance between 11 populations

圖1 太原漢族與9個(gè)少數(shù)民族間的N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)Figure 1 Neighbor-joining tree between Taiyuan Han population and nine minority groups

圖2 太原漢族與10個(gè)群體間的N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)Figure 2 Neighbor-joining tree between Taiyuan Han population and ten populations

對(duì)102例太原漢族無(wú)關(guān)男性群體個(gè)體的研究發(fā)現(xiàn)，17個(gè) Y-STR 基因座 DYS456、DYS390、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS458、DYS19、DYS393、DYS391、DYS439、 DYS635、 DYS392、 DYS437、 DYS438、DYS448、Y-GATA-H4 基因座分別檢出 5、6、4、7、7、5、5、5、6、6、7、4、6、7、4 個(gè)等位基因;DYS385a/b 基因座等位基因頻率在0.009 8－0.725 5之間，基因多樣性在 0.433 5－0.894 0之間，除了 DYS391、DYS437、DYS438，其余基因座的基因多樣性均大于0.5。說(shuō)明17個(gè)Y-STR基因座在山西太原漢族人群中有很好的遺傳多態(tài)性，適合法醫(yī)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用。

根據(jù)N-J系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)的結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn):漢族人群與少數(shù)民族群體間有一定的遺傳距離，而少數(shù)民族中的滿(mǎn)族人群和壯族人群與漢族人群遺傳距離較近，這與我國(guó)的歷史條件和地理環(huán)境有密切關(guān)系。以浙江為代表的南方漢族人群與北方漢族人群間有較遠(yuǎn)的遺傳距離;藏族人群和臺(tái)灣人群各自聚為一類(lèi)。

3.2 太原地區(qū)漢族人群和其他群體遺傳關(guān)系的分析

Y-STR基因座有父系遺傳特征，只能由父親傳遞給兒子［16］，且在傳遞過(guò)程中是以較穩(wěn)定的單倍體形式。由于地理、婚配以及文化等方面的原因，YSTR單倍型的基因頻率有較明顯的資料差異。山西太原是山西省的省會(huì)，在2 500年的歷史長(zhǎng)河中，太原曾經(jīng)是唐堯故地、戰(zhàn)國(guó)名城、太原故國(guó)、北朝霸府、天王北都、中原北門(mén)、九邊重鎮(zhèn)、晉商故里，“無(wú)端更渡桑干水，卻望并州是故鄉(xiāng)”(摘自賈島的《渡桑干》。明初，大量山西人群持續(xù)50余年大規(guī)模強(qiáng)制性移民至北京、河北、陜西、河南等華北平原地區(qū)，給他們的后裔留下了許多獨(dú)特的生活習(xí)俗和生理特征。除此之外，在山西歷史上有濃重一筆的俗稱(chēng)“走西口”和“闖關(guān)東”，也使山西向東北、內(nèi)蒙古和其他地區(qū)輸出一部分移民。與此同時(shí)，山西地區(qū)也接收了大量的來(lái)自全國(guó)的外來(lái)移民，省會(huì)太原更是外來(lái)移民首選的移民地，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，與本地人融合，成為一體，組成了現(xiàn)代的太原人群。

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)太原漢族人群與北京漢族之間的遺傳距離最小(0.001 7)，其次是與西安漢族之間的遺傳距離(0.001 8)。這些數(shù)據(jù)都說(shuō)明歷史上山西人群的大規(guī)模遷移，與這些地方的人群的融合有很大的影響。

本研究所研究的17個(gè)Y-STR基因座組成的單倍型，其計(jì)算的遺傳距離結(jié)果和山西漢族群體形成的歷史過(guò)程基本一致，從基因座方向?yàn)樯轿魈臍v史研究提供了有力的生物學(xué)證據(jù)。

［1］ Gill P，Brenner C，Brinkmann B，et al.DNA Commissions of the ISFG:recommendations on forensic analysis using Y-Chromosome STRs［J］.Int J Legal Med，2001，114:305－309.

［2］ Gusmao L，Butler JM，Carraeedo A，et al.DNA Commission of the International Society of Forensic Genetics(ISFG):an update of the recommendations on the use of Y-STRs in forensic analysis［J］.Int J Legal Med，2006，120(4):191－200.

［3］ Gayden T，Bukhari A，Chennakrishnaiah S，et al.Y-chromosomal microsatellite diversity in three culturally defined regions of historical Tibet［J］.Forensic Sci Int Genet，2012，6(4):437－446.

［4］ 李斌，呂政，王澍，等.福建漢族人群17個(gè)Y-STR基因座遺傳多態(tài)性調(diào)查［J］.刑事技術(shù)，2008(2):60－62.

［5］ 魯滌，袁麗，楊雪.北京漢族群體17個(gè)Y-STR基因座遺傳多態(tài)性［J］.中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志，2010，25(6):432－433.

［6］ 滕少康，曹林枝，黃世寧，等.廣西黑衣壯族17個(gè)Y-STR位點(diǎn)遺傳多態(tài)性［J］.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床，2009，29(7):742－748.

［7］ 馮東亮，劉長(zhǎng)暉，梁祚仁，等.廣西4個(gè)少數(shù)民族17個(gè)Y-STR基因座的多態(tài)性分析［J］.遺傳，2009，31(9):921－935.

［8］ Zhu B，Wu Y，Shen C，et al.Genetic analysis of 17 Y-chromosomal STRs haplotypes of Chinese Tibetan ethnic group residing in Qinghai province of China［J］.Forensic Sci Int，2008，175(2－3):238－243.

［9］ Wu FC，Ho CW，Pu CE，et al.Genetic polymorphisms of 17 Y-chromosomal short tandem repeat loci in Atayal population of Taiwan［J］.Croat Med J，2009，50(3):313－320.

［10］ Wu FC，Ho CW，Pu CE，et al.Y-chromosomal STRs haplotypes in the Taiwanese Paiwan population［J］.Int J Legal Med，2011，125(1):39－43.

［11］ You XQ，F(xiàn)en J，Zou QL.Y chromosome relative length analysis of 106 case of Fujian she ethnic［J］.Yi Chuan，2002，24(3):257－258.

［12］ Wu W，Pan L，Hao H，et al.Population genetics of 17 Y-STR loci in a large Chinese Han population from Zhejiang Province，Eastern China［J］.Forensic Sci Int Genet，2011，5(1):11－13.

［13］ Yanmei Y，Tao G，Yubao Z，et al.Genetic polymorphism of 11 Y-chromosomal STR loci in Yunnan Han Chinese［J］.Forensic Sci Int Genet，2009，4(2):67－69.

［14］ 郭利紅，田曾元，劉亞舉，等.河南漢族人群16個(gè)Y-STR基因座遺傳多態(tài)性［J］.中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志，2010，25(2):66－67.

［15］ 楊立，蔡繼峰，常云峰，等.湖南漢族人群16個(gè)Y-STR基因座遺傳多態(tài)性［J］.中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志，2011，26(2):136－137.

［16］ 侯一平.法醫(yī)物證學(xué)［M］.2版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2005:95－96.