青海撒拉族人群21個(gè)短串聯(lián)重復(fù)序列基因座的遺傳多態(tài)性

馬 駿，王延濱，李 開，王建文

1江蘇省常州市公安局物證鑒定所，江蘇常州213003

2北京市公安局西城分局刑事偵查支隊(duì)，北京100052

3南京醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)系，南京210029

短串聯(lián)重復(fù)序列 (short tandem repeat，STR)是廣泛存在于人類基因組中的一類遺傳標(biāo)記，其核心重復(fù)序列為2～6 bp［1］，具有高度多態(tài)性，是群體遺傳學(xué)、疾病相關(guān)基因篩選、法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別等研究的重要工具［2］。本研究對(duì)青海省化隆縣甘都鎮(zhèn)撒拉族人群在D1GATA113、D1S1627、 D1S1677、D2S441、 D2S1776、D3S4529、 D4S2408、 D5S2500、 D6S474、 D6S1017、D9S1122、D10S1248、D10S1435、D11S4463、D12ATA63、D14S1434、 D17S1301、 D18S853、 D19S433、 D20S482、D22S1045共21個(gè)STR基因座的遺傳多態(tài)性進(jìn)行了調(diào)查，獲得其等位基因頻率分布，并與浙江漢族［3］、寧夏漢族［4］、拉薩藏族［5］、湖北土家族［6］人群的遺傳學(xué)差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，旨在豐富我國(guó)少數(shù)民族人群STR基因座的遺傳資料數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)為群體遺傳學(xué)、疾病相關(guān)基因篩選、法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別等研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

材料和方法

樣本采集 按照“知情同意和知情選擇”的原則，采集青海省化隆縣甘都鎮(zhèn)120名撒拉族無(wú)關(guān)健康個(gè)體 (3代之內(nèi)均居住于該地區(qū))的靜脈血3 ml，EDTA抗凝，－70℃保存?zhèn)溆谩?/p>

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(guó)PE公司)、ABI PRISM 3130XL遺傳分析儀 (美國(guó) AB公司)、5%Chelex-100(德國(guó)默克公司)、AGCU21+1試劑盒 (江蘇無(wú)錫中德美聯(lián)生物技術(shù)有限公司)。

基因組DNA提取 參照 Walsh等［7］的方法，用5%Chelex-100提取120名撒拉族個(gè)體的靜脈血基因組DNA。

21個(gè)STR基因座的復(fù)合擴(kuò)增 參照AGCU21+1試劑盒說(shuō)明，擴(kuò)增的總反應(yīng)體系為25 μl，其中含預(yù)混合液 10 μl，引物 5 μl，熱啟動(dòng) G-Taq 酶 0.5 μl，模板DNA 1 μl，超純水補(bǔ)足體系到 25 μl。擴(kuò)增反應(yīng)在GeneAmp PCR System 9700擴(kuò)增儀上進(jìn)行，95℃預(yù)變性11 min;94℃ 1 min，62℃ 1 min，72℃ 1 min，共10個(gè)循環(huán);90℃ 1 min，60℃ 1 min，72℃ 1 min，共20個(gè)循環(huán);60℃延伸60 min，擴(kuò)增產(chǎn)物4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

擴(kuò)增產(chǎn)物的毛細(xì)管電泳分離及檢測(cè) 取12 μl去離子甲酰胺、0.5 μl AGCU21+1 Marker SIZ-500與1 μl擴(kuò)增產(chǎn)物混勻，95℃變性3 min后迅速置于冰上。然后用ABI PRISM 3130XL遺傳分析儀對(duì)變性后擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行自動(dòng)毛細(xì)管電泳分離和檢測(cè)，DNA Collection 2.1軟件收集電泳數(shù)據(jù)，Gene-Mapper 3.2軟件分析基因產(chǎn)物片段長(zhǎng)度并對(duì)等位基因進(jìn)行分型。

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用Powerstats軟件 (http://www.promega.com/geneticidtools/powerstats)計(jì)算21個(gè)STR基因座的等位基因頻率與基因型頻率，并應(yīng)用χ2檢驗(yàn)對(duì)基因型分布進(jìn)行 Hardy-Weinberg平衡分析，同時(shí)計(jì)算個(gè)體識(shí)別能力 (power of discrimination，DP)、多態(tài)信息含量 (polymorphism information contents，PIC)、雜和度 (heterozygosity，H)、非父排除率 (power of exclusion，PE)等群體遺傳學(xué)指標(biāo)［8-11］。在獲得上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用SPSS 13.0軟件對(duì)本研究的撒拉族人群分別與浙江漢族、寧夏漢族、拉薩藏族、湖北土家族人群在21個(gè)STR基因座上的等位基因頻率分布差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

等位基因頻率與基因型頻率分布 120名撒拉族個(gè)體在21個(gè)STR基因座的等位基因頻率分布見(jiàn)表1。21個(gè)STR基因座共檢測(cè)到151個(gè)等位基因，頻率分布在0.0042～0.4917，基因型共有371種，頻率分布在0.0083～0.3750(表2)。經(jīng) χ2檢驗(yàn)，基因型頻率分布差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P＞0.05)，符合Hardy-Weinberg平衡定律。

表1 青海省化隆縣甘都鎮(zhèn)撒拉族人群在21個(gè)STR基因座的等位基因頻率 (n=120)Table 1 Allele frequencies of 21 STR loci of Salar minority ethnic group from Gandu town，Hualong county of Qinghai province(n=120)

(續(xù)表1)

21個(gè)STR基因座的群體遺傳學(xué)指標(biāo) 120名撒拉族個(gè)體在D1GATA113、D1S1627、D1S1677、D2S441、D2S1776、 D3S4529、 D4S2408、 D5S2500、 D6S474、D6S1017、D9S1122、D10S1248、D10S1435、D11S4463、D12ATA63、D14S1434、D17S1301、D18S853、D19S433、D20S482、D22S1045基因座的DP、H、PIC、PE等多態(tài)性指標(biāo)見(jiàn)表2。DP值介于0.796～0.948，H值介于0.650～0.817，PIC值介于0.590～0.810，PE值介于0.355～0.630。累積耦合概率為1.75×10－20，累積非父排除概率為0.9999999(表2)。

撒拉族人群與浙江漢族、寧夏漢族、拉薩藏族、湖南土家族人群的等位基因頻率分布差異 在21個(gè)STR基因座中，撒拉族人群與浙江漢族人群在14個(gè)基因座差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P＜0.05)，與寧夏漢族人群在12個(gè)基因座差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P＜0.05)，與拉薩藏族人群在12個(gè)基因座差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P＜0.05)，與湖北土家族人群在13個(gè)基因座差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P＜0.05)(表3)。

表2 青海省化隆縣甘都鎮(zhèn)撒拉族人群在21個(gè)STR基因座的多態(tài)性統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo) (n=120)Table 2 Statistical indicators of the polymorphisms of 21 STR loci of Salar ethnic group from Gandu town，Hualong country of Qinghai province(n=120)

表3 青海省化隆縣甘都鎮(zhèn)撒拉族人群與其他民族人群在21個(gè)STR基因座的等位基因頻率分布差異分析 (P)Table 3 Allele frequencies of 21 STR loci between Salar and other ethnic groups in China(P)

討 論

中國(guó)人不同群體之間的遺傳差異主要有兩類形成原因。一類是民族內(nèi)部的遺傳多態(tài)現(xiàn)象，另一類是民族之間的遺傳差別［12］?；蚪MDNA多態(tài)性研究突破了古生物學(xué)家、歷史學(xué)家、語(yǔ)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。其中，STR基因座的應(yīng)用最為普遍，其由于核心單位重復(fù)數(shù)目的變化而在群體中呈現(xiàn)出遺傳多態(tài)性，反映出群體的分化過(guò)程，由此成為人類基因組掃描的首選多態(tài)性基因座［13］。通常認(rèn)為，在一個(gè)群體中頻率最高的基因座的等位基因是該群體中最原始、最保守的，而其余的等位基因均是在群體分化的過(guò)程中由頻率最高的等位基因突變形成的［14］。STR基因座在群體之間和群體內(nèi)部的異質(zhì)性水平較高，因此不同群體以及親緣關(guān)系相近的群體之間的等位基因和基因型頻率分布有明顯的差異，并且地理因素在遺傳多態(tài)性形成中的作用比語(yǔ)言等因素更為顯著［15］。因此，在將STR基因座應(yīng)用于群體遺傳學(xué)等研究時(shí)，必須先對(duì)特定的群體進(jìn)行多態(tài)性調(diào)查，獲得其等位基因頻率分布數(shù)據(jù)。筆者曾對(duì)西安地區(qū)漢族人群、拉薩地區(qū)藏族人群進(jìn)行過(guò)STR基因座的群體學(xué)調(diào)查研究［16-17］。

撒拉族主要聚居在青海省循化撒拉族自治縣和化隆回族自治縣，化隆縣境內(nèi)的撒拉族均是由循化地區(qū)陸續(xù)遷移而來(lái)，約有64%的撒拉族聚居于甘都鎮(zhèn)。Teng等［18］已經(jīng)對(duì)循化地區(qū)的撒拉族人群進(jìn)行過(guò)21個(gè)STR基因座多態(tài)性研究，本研究調(diào)查21個(gè)STR基因座在青海省化隆縣甘都鎮(zhèn)120名撒拉族個(gè)體中的多態(tài)性分布，得到了反映該地區(qū)遺傳特征的等位基因頻率和基因型頻率數(shù)據(jù)。本研究共檢測(cè)出151個(gè)等位基因與371種基因型，DP值介于0.796～0.948，PE值介于0.355～0.630，累積耦合概率為1.75×10－20，累積非父排除概率為0.9999999。在Teng等［18］對(duì)青海循化地區(qū)的撒拉族人群調(diào)查中，累積耦合概率為8.26×10－20，累積非父排除概率為 0.999999，研究結(jié)果一致。

STR基因座的多態(tài)性及其應(yīng)用價(jià)值一般用DP、H、PIC、PE衡量。Shriver等［19］認(rèn)為，PIC值＞0.5時(shí)表明該遺傳標(biāo)記可提供高信息量，并且當(dāng)該遺傳標(biāo)記的DP≥0.8或者PE≥0.5時(shí)，該遺傳標(biāo)記具有高度多態(tài)性。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，本研究中的D1GATA113、D1S1677、D2S441、 D2S1776、 D3S4529、 D4S2408、 D5S2500、D6S474、D6S1017、D9S1122、D10S1248、D10S1435、D11S4463、 D12ATA63、D14S1434、D17S1301、D18S853、D19S433、D20S482、D22S1045共20個(gè)STR基因座在撒拉族人群中均屬于高度多態(tài)性基因座。研究結(jié)果同時(shí)顯示，D1S1627基因座的 DP值、H值均為最低(分別為0.796、0.590)，與邵偉波等［20］在華東漢族人群中的研究一致，屬于中度多態(tài)性基因座。上述21個(gè)STR基因座聯(lián)合應(yīng)用完全能滿足撒拉族人群的群體遺傳學(xué)研究和法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別的需要。

將本研究中的撒拉族人群分別與浙江漢族、寧夏漢族、拉薩藏族、湖北土家族進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果顯示分別在14、12、12、13個(gè)STR基因座差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。分析其原因，浙江漢族與寧夏漢族可能是由于地理因素的原因而造成了與撒拉族差異程度不同。而拉薩藏族、湖北土家族與撒拉族的差異則可能是由于民族因素、地理因素共同作用造成的。另外，部分基因座差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析可能有以下兩個(gè)原因:(1)人群之間在此類基因座確實(shí)不存在差異;(2)研究的樣本量偏小，使得此類基因座的多態(tài)性未充分顯示。

綜上，本研究調(diào)查的21個(gè)STR基因座在青海省化隆縣甘都鎮(zhèn)撒拉族人群中聯(lián)合應(yīng)用具有良好的遺傳多態(tài)性。同時(shí)，由于STR基因座在不同民族、地域之間的人群中的差異，在進(jìn)行群體遺傳學(xué)、疾病相關(guān)基因篩選、法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別等研究時(shí)，應(yīng)采用本地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且盡可能選擇更適合本地人群的STR基因座，同時(shí)也應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加樣本量，由此得出的分析結(jié)果其可信度將會(huì)更高。

［1］Edwards A，Civitello A，Hammond HA，et al.DNA typing and genetic mapping with trimeric and tetrameric tandem repeats［J］.Am J Hum Genet，1991，49(4):746-756.

［2］Sprecher CJ，Puers C，Lins AM，et al.General approach to analysis of polymorphic short tandem repeat loci［J］.Biotechniques，1996，20(2):266-271.

［3］吳微微，徐志成，郝宏蕾，等.浙江漢族人群21個(gè)非CODIS系統(tǒng)STR基因座的遺傳多態(tài)性調(diào)查 ［J］.刑事技術(shù)，2010，3:19-22.

［4］Shen CM，Wang HD，Liu WJ，et al.Allelic diversity distributions of 21 autosomal short tandem repeat loci in Chinese Ningxia Han population ［J］.Forensic Sci Int Gene，2013，7(3):e78-e79.

［5］Zhu BF，Shen CM，Wang HD，et al.Genetic diversities of 21 non-CODIS autosomal STRs of a Chinese Tibetan ethnic minority group in Lhasa ［J］.Int J Legal Med，2011，125(4):581-585.

［6］Yuan GL，Shen CM，Wang HD，et al.Genetic data provided by 21 autosomal STR loci from Chinese Tujia ethnic group［J］.Mol Biol Rep，2012，39(12):10265-10271.

［7］Walsh PS，Metzger DA，Higuchi R.Chelex 100 as a medium for simple extraction of DNA for PCR-based typing from forensic materia1 ［J］.Biotechniques，1991，10(4):506-513.

［8］Nei M.Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individual［J］.Genetics，1978，89(3):583-590.

［9］Jones DA.Blood samples:probabilities and discrimination［J］.J Forensic Sci Soc，1972，12(2):355-359.

［10］鄭秀芬.法醫(yī)DNA分析［M］.北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2002:405-421.

［11］Ohno Y，Sebetan IM，Akaishi S.A simple method for calculating the probability of excluding paternity with any number of codominant alleles ［J］.Forensic Sci Int，1982，19(1):93-98.

［12］翁自立，袁義達(dá)，杜若甫.中國(guó)14個(gè)民族紅細(xì)胞血型座位的遺傳分化 ［J］.遺傳學(xué)報(bào)，1990，17(4):260-268.

［13］Hammond HA，Jin L，Zhong Y，et al.Evaluation of 13 short tandem repeat loci for use in personal identification application［J］.Am J Hum Genet，1994，55(1):175-189.

［14］Li SL，Yamamoto T，Yoshimoto T，et al.Phylogenetic relationship of the population within and around Japan using 105 short tandem repeat polymorphic loci［J］.Hum Genet，2006，118(6):695-707.

［15］Rosser ZH，Zerjal T，Hurles ME，et al.Y-chromosomal diversity in Europe is clinal and influenced primarily by geography，rather than by language ［J］.Am J Hum Genet，2000，67(6):1526-1543.

［16］王振原，馬駿，徐永城，等.西安地區(qū)漢族人群13個(gè)STR基因座多態(tài)性分析 ［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，30(2):236-238.

［17］馬駿，巴華杰，張文杰，等.拉薩地區(qū)藏族人群17個(gè)短串聯(lián)重復(fù)序列基因座的遺傳多態(tài)性［J］.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，33(4):397-401.

［18］Teng Y，Zhang FX，Shen CM，et al.Genetic variation of new 21 autosomal short tandem repeat loci in a Chinese Salar ethnic group ［J］.Mol Biol Rep，2012，39(2):1465-1470.

［19］Shriver MD，Jin L，Boerwinkle E，et al.A novel measure of genetic distance for highly polymorphic tandem repeat loci［J］.Mol Biol Evol，1995，12(5):914-920.

［20］邵偉波，張素華，李莉.21個(gè)非CODIS STR基因座的遺傳多態(tài)性 ［J］.法醫(yī)學(xué)雜志，2011，27(1):36-38.