19個STR基因座在山東三個文化區(qū)人群中的遺傳多態(tài)性

張珊珊 ，唐玉秋 ，張茂修 ，3，高洪梅 ，3，王 昌 ，3，汪運山 ，3，韓淑毅

（1.山東大學(xué)齊魯醫(yī)學(xué)院，山東 濟南 250012；2.山東大學(xué)附屬濟南市中心醫(yī)院，山東 濟南 250013；3.濟南迪恩法醫(yī)司法鑒定所，山東 濟南 250013）

山東是個歷史悠久、文化底蘊深厚的大省，又被稱為“齊魯大地”。在歷史演進的過程中，山東省內(nèi)逐漸形成了三個獨具特色的文化區(qū)[1]，分別為魯東文化區(qū)、魯中-魯西北文化區(qū)及魯西南-魯南文化區(qū)。本研究擬通過檢測19個常染色STR基因座在上述山東三個文化區(qū)人群的遺傳多態(tài)性，對三個文化區(qū)人群的遺傳關(guān)系及人群交流情況展開探討。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

本研究共采集了1 044名山東地區(qū)無血緣關(guān)系且至少三代均生活在同一個文化區(qū)內(nèi)的健康漢族志愿者的血樣，其中魯東文化區(qū)186名、魯中-魯西北文化區(qū)405名、魯西南-魯南文化區(qū)453名。每名志愿者均抽取2mL靜脈血，并置于含有EDTA的抗凝試管中。志愿者在樣本采集前均進行風(fēng)險告知，并簽署知情同意書。

1.2 DNA提取、PCR擴增和STR分型

本研究采用 Chelex-100法提取DNA，并應(yīng)用Goldeneye?DNA身份鑒定系統(tǒng)20A試劑盒［基點認知技術(shù)（北京）有限公司］在9700型PCR儀（美國AB公司）上進行擴增。該試劑盒包含19個常染色體基因 座 （D19S433、D5S818、D21S11、D18S51、D6S1043、D3S1358、D13S317、D7S820、D16S539、CSF1PO、Penta D、vWA、D8S1179、TPOX、Penta E、TH01、D12S391、D2S1338、FGA）和 1 個性別基因座（Amelogenin）。 按說明書使用 10 μL 體系（2.8 μL 去離子水、4.0 μL 緩沖液、2.0 μL 引物、0.2 μL Taq 聚合酶及 1 μL DNA模板）進行擴增。擴增條件為：95℃ 5min；94℃ 30s，60℃ 1min，70℃ 1min，30 個循環(huán)；60℃ 30min。 將擴增變性后的產(chǎn)物在3500基因分析儀（美國AB公司）上進行毛細管電泳檢測，并用GeneMapper?ID-X v1.3軟件（美國AB公司）對原始數(shù)據(jù)進行基因座分型分析。此外，本實驗采用DNA標準品9947A［基點認知技術(shù)（北京）有限公司］作為陽性對照，去離子水作為陰性對照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Modified-Powerstates軟件檢驗19個常染色體STR基因座是否符合Hardy-Weinberg平衡，并統(tǒng)計分析魯東、魯中-魯西北和魯西南-魯南人群19個常染色體STR基因座的等位基因頻率及群體遺傳學(xué)參數(shù)：雜合度（heterozygosity，H）、多態(tài)信息含量（polymorphic information content，PIC）、個體識別率（discrimination power，DP）及非父排除率（probability of paternity exclusion，PE）。應(yīng)用 Arlequin v3.5 軟件計算三個文化區(qū)人群之間的遺傳距離（用Fst值表示）及相應(yīng)的P值。最后采用MEGA v4.0軟件在Fst矩陣的基礎(chǔ)上繪制系統(tǒng)發(fā)育樹。

2 結(jié)果與討論

2.1 等位基因頻率及群體遺傳學(xué)參數(shù)

本研究通過對魯東、魯中-魯西北和魯西南-魯南三個文化區(qū)1044名漢族無關(guān)個體在19個常染色體STR基因座的擴增檢測及軟件分析，獲得各基因座在三個文化區(qū)人群中的等位基因頻率和群體遺傳學(xué)參數(shù)（表 1～2）。

經(jīng)χ2檢驗，19個常染色體STR基因座在三個文化區(qū)人群中，僅在魯西南-魯南文化區(qū)人群的Penta E基因座上觀察到P值小于0.05，即該基因座偏離Hardy-Weinberg平衡，其余基因座的P值均大于0.05，符合Hardy-Weinberg平衡。據(jù)文獻[2]報道，Hardy-Weinberg平衡在本質(zhì)上是一種較為理想的狀態(tài)，一般人群的平衡狀態(tài)都是相對的，很難達到真正意義上的絕對平衡。當(dāng)群體樣本量較少，存在近親婚配、自然選擇、突變或者是人群遷移時，就可能會出現(xiàn)不同數(shù)量的基因座偏離Hardy-Weinberg平衡的現(xiàn)象[2-3]。

由于19個常染色體STR基因座相互獨立，在山東三個文化區(qū)人群中的平均累積個體識別率和平均累積非父排除率分別為0.9999999999999999999999685和0.999 999 974 8，表明這19個常染色體STR基因座構(gòu)成的檢測系統(tǒng)在山東漢族人群中具有較好的多態(tài)性，適用于山東漢族人群的法醫(yī)學(xué)鑒定和群體遺傳學(xué)研究。

STR基因座在不同人群中可以表現(xiàn)出不同的遺傳多態(tài)性，即具有群體特異性。在檢測的19個常染色體 STR 基因座中，D19S433、D5S818、D21S11、D18S51、D6S1043、D13S317、D7S820、D16S539、Penta D、vWA、D8S1179、Penta E、D12S391、D2S1338、FGA 這 15 個STR基因座在山東三個文化區(qū)漢族人群中H＞0.7、PIC＞0.7、DP＞0.9，因此可認為這 15個 STR 基因座在山東三個文化區(qū)人群中具有高度多態(tài)性[4-5]。D3S1358、CSF1PO、TPOX和TH01這4個基因座則在山東三個文化區(qū)人群中具有較低的多態(tài)性。據(jù)文獻報道，D3S1358、CSF1PO、TPOX和TH01這4個基因座在吉林漢族[6]、湖北漢族[7]、廣西壯族[8]、云南彝族[9]、韓國[10]人群中也具有較低的多態(tài)性。另外，發(fā)現(xiàn)D3S1358、CSF1PO、TH01 基因座在新疆維吾爾族[3]、巴基斯坦[11]、摩洛哥[12]、日本[13]人群中卻表現(xiàn)出較高的多態(tài)性；D5S818、D13S317、D16S539基因座在臨夏回族自治州的撒拉族[5]、巴基斯坦[11]、摩洛哥[12]人群中卻表現(xiàn)出較低的多態(tài)性。因此在未來的法醫(yī)學(xué)實踐中，我們可以針對不同人群選擇特異的高度多態(tài)性基因座組成檢測體系，以提升其在檢測人群中的鑒別能力。

2.2 三個文化區(qū)人群遺傳關(guān)系分析

本研究通過Arlequin v3.5軟件分析獲得山東三個文化區(qū)漢族人群之間的Fst值及P值（表3），其中魯東與魯中-魯西北兩文化區(qū)人群之間的遺傳學(xué)差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

經(jīng)MEGA v4.0軟件繪制出三個文化區(qū)漢族人群的系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1）。在系統(tǒng)發(fā)育樹中，魯中-魯西北與魯西南-魯南人群聚為一支，而魯東人群單獨分為一支。

］4 5 3=南西南西魯1 0.0 0 1 1 0.0 0 1 5 0.0 3 7 4 0.0 8 9 1 0.1 0 7 1 0.0 0 1 6 0.1 2 3 1 0.1 3 9 6 0.0 2 7 1 0.0 0 1 4 0.0 0 4 5 0.0 4 7 1 0.1 8 2-1 0.1 6 1 6 0.0 5 9 2 0.0 0 2 0 0.0 1 1 3 0.0 0 3-南西魯-1 0.0 9 7 7 0.2 6 2 7 0.0 6 0 9 0.5 1 9 6 0.0 3 8 0 0.0 2 1-南西魯7 0.0 0 7 4 0.0 5 7 1 0.1 2 9，n魯4 0 5=北中，n魯1 8 6=東6 S 1 0 4 3 D北中魯 東魯--5 0.0 0 2 7 0.0 0 2 6 0.0 3 4 5 0.0 2 1 0 0.0 8 4 4 0.0 9 1 3 0.1 3 8 6 0.1 1 5--3 0.1 3 8 2 0.1 4 5 2 0.1 4 3 6 0.1 5 8 3 0.0 1 7 8 0.0 1 0--9 0.0 0 4-3 0.0 3 8 6 0.0 3 7 1 0.1 7 4 5 0.1 5 0 5 0.0 0 2-4 0.1 7 0 1 0.1 8 0 7 0.0 4 0 5 0.0 5 6 2 0.0 0 1-2 0.0 0 6 1 0.0 1 6 7 0.0 0 3 1 0.0 0 8-4 0.0 0 5 0 1 H T北中魯 東魯-7 0.0 0 2 8 0.1 1 4 4 0.0 9 1 5 0.2 8 1 4 0.2 5 5 1 0.0 5 3 5 0.0 6 4 1 0.4 9 0 2 0.5 2 4 7 0.0 4 5 4 0.0 4 8 6 0.0 1 3 4 0.0 1 3 2 0.0 0 1-2 S 1 3 3 8 D北中魯 東魯9 0.0 0 4-4 0.0 7 0 0 0.0 7 8 7 0.1 0 3 2 0.1 4 5［n魯因基位7 9 1 0 11 1212.3 13 14 1515.3 16 17 1818.2 19 2020.3 2121.322.3因基位5 6 7 8 9 9.3 1011因基位1 6 1718等等等南西魯-5 0.2 3 9 7 0.0 2 8 1 0.1 8 2 6 0.2 4 0 3 0.2 0 5 7 0.0 9 2 0 0.0 1 1-南西魯-1 0.0 0 1 1 0.0 0 1 7 0.0 9 2 8 0.0 7 2 0 0.1 2 8 7 0.2 5 1 7 0.1 7 7 4 0.1 6 3 9 0.0 9 4 3 0.0 1 4 2 0.0 0 2-南西魯3 0.0 3 5--6 0.0 0 6 5 0.0 4 7 0 0.1 1 7 9 0.0 9 4 0 0.0 4 3 4 0.0 7 8 A v W北中魯 東魯2 0.0 0 1 8 0.0 1 0 5 0.2 8 1 5 0.1 8 5 6 0.0 3 4 9 0.0 2 6 7 0.1 8 2 6 0.2 0 1 6 0.2 2 9 2 0.2 7 4 4 0.1 7 0 6 0.2 0 1 1 0.0 7 4 0 0.0 8 6 7 0.0 2 4 8 0.0 1 0 2 0.0 0 1 7 0.0 0 2 8 S 1 1 7 9 D北中魯 東魯2 0.0 0 1-7 0.0 0 3 7 0.0 0 2--2 0.1 0 1 9 0.1 1 2 3 0.0 5 9 2 0.0 6 7 6 0.1 1 3 9 0.1 5 5 3 0.2 5 4 4 0.2 2 0 6 0.2 0 8 4 0.1 7 7 7 0.1 6 6 0 0.1 7 2 1 0.0 7 4 2 0.0 6 7 1 0.0 1 1 1 0.0 1 6 9 0.0 0 4 1 0.0 0 8 2 0.0 0 1-E e n t a P北中魯 東魯7 0.0 6 6 0 0.0 4 3 2 0.0 0 1-4 0.0 0 7 4 0.0 1 3 6 0.0 0 8 4 0.0 0 5 7 0.0 4 0 3 0.0 4 0 1 0.1 1 1 6 0.1 1 5 8 0.1 1 9 5 0.0 9 9 9 0.0 4 6 1 0.0 5 1 5 0.0 8 1 0 0.0 7 8因基位等13 14 15 16 17 18 19 2021因基位等7 8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 17 1819因基位等5 7 8 9 1 0 11 12 1314南西魯-1 0.0 0 1 3 0.0 3 5 9 0.0 0 9 1 0.2 6 7 1 0.0 0 1 5 0.3 2 4 7 0.0 0 7 9 0.0 0 9 0 0.0 9 6 8 0.0 7 2 3 0.0 2 4 0 0.1 0 6 3 0.0 0 3 5 0.0 3 7 1 0.0 0 1 2 0.0 0 2南西魯1 0.0 0 1 7 0.2 7 3 7 0.1 4 5 6 0.1 4 4 0 0.2 2 3 7 0.1 6 6 9 0.0 3 0 3 0.0 1 4南西魯1 0.0 1 2 7 0.2 8 3 8 0.0 9 3 3 0.2 5 8 2 0.2 1 5 5 0.1 2 2 2 1 S 1 1 D北中魯 東魯-7 0.0 0 2 2 0.0 0 1-6 0.0 3 4 1 0.0 5 1 4 0.0 0 7 8 0.0 1 0 1 0.2 4 8 5 0.2 7 1 2 0.0 0 1 4 0.0 0 5 4 0.2 9 1 1 0.2 5 8 4 0.0 0 7 4 0.0 1 3 9 0.0 0 4 4 0.0 0 5 6 0.1 2 9 2 0.1 1 0 2 0.0 6 4 9 0.0 6 9 3 0.0 3 8 6 0.0 3 7 9 0.1 2 5 0 0.1 2 1 9 0.0 0 4 4 0.0 0 5 0 0.0 3 7 6 0.0 3 7--7 0.0 0 3-1 3 S 3 1 7 D北中魯 東魯5 0.0 0 2-4 0.2 4 9 3 0.2 8 2 9 0.1 3 0 3 0.1 1 8 9 0.1 4 6 5 0.1 4 2 6 0.2 5 0 4 0.2 5 5 8 0.1 7 7 5 0.1 5 0 0 0.0 3 7 9 0.0 3 4 9 0.0 0 4 1 0.0 1 6 1 6 S 5 3 9 D北中魯 東魯9 0.0 0 9 8 0.0 1 0 9 0.3 0 4 3 0.2 8 2 5 0.1 1 8 1 0.0 9 4 0 0.2 5 8 1 0.2 6 6 0 0.2 0 0 4 0.2 1 2 3 0.0 9 6 6 0.1 1 5因基位等26 27 28 28.2 29 29.2 30 30.230.3 31 31.2 32 32.2 33 33.2 3434.2因基位等7 8 9 1 0 11 12 13 14因基位等8 9 1 0 11 1213南西魯1 0.0 0 1 2 0.0 0 2 1 0.0 0 1 8 0.0 4 0 9 0.0 0 9 5 0.2 7 1 5 0.0 4 7 4 0.2 4 9 5 0.1 2 2 6 0.0 7 0 9 0.1 4 7 8 0.0 0 8 3 0.0 2 4 2 0.0 0 2-南西魯-7 0.0 0 7 1 0.0 0 1 9 0.0 8 3 4 0.1 8 5 2 0.3 4 2 7 0.2 3 0 0 0.1 3 8 9 0.0 0 9 1 0.0 0 1南西魯3 0.0 0 3 1 0.0 0 1 8 0.0 2 9 4 0.1 9 5 2 0.2 3 6 8 0.1 5 7 1 9 S 4 3 3 D北中魯 東魯--9 0.0 0 4 4 0.0 0 5 5 0.0 0 2-3 0.0 3 3 7 0.0 4 5 4 0.0 0 7 1 0.0 0 8 9 0.3 0 4 7 0.2 9 5 1 0.0 4 8 9 0.0 2 6 4 0.2 2 8 5 0.3 5 7 7 0.1 0 3 7 0.0 4 5 0 0.0 8 4 8 0.0 9 6 6 0.1 2 9 9 0.0 6 9 0 0.0 1 6 9 0.0 2 6 6 0.0 2 9 5 0.0 2 1 9 0.0 0 4-5 0.0 0 2-5 S 8 1 8 D北中魯 東魯2 0.0 0 1 7 0.0 0 2 1 0.0 1 1 1 0.0 1 6 7 0.0 0 3 4 0.0 0 5 7 0.0 6 6 5 0.0 5 6 9 0.1 6 7 7 0.2 1 7 6 0.3 2 9 9 0.3 1 9 3 0.2 3 8 5 0.2 2 8 4 0.1 6 5 4 0.1 3 4 3 0.0 1 2 4 0.0 1 3 7 0.0 0 3 4 0.0 0 5 1 8 S 5 1 D北中魯 東魯2 0.0 0 1-9 0.0 0 4-1 0.0 3 2 6 0.0 3 7 7 0.2 2 4 0 0.2 0 7 8 0.1 9 8 2 0.1 9 6 7 0.1 6 6 9 0.1 9 0因基位9 1 1 11.2 1212.2 1313.2 1414.2 1515.2 1616.217.218.2因基位6 7 8 9 1 0 11 12 13 1415因基位1 0 11 12 13 1415等等等表個常染色體基因座在山東三個文化區(qū)漢族人群中的等位基因頻率分布

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圖1 山東三個文化區(qū)人群的系統(tǒng)發(fā)育樹

據(jù)文獻記載，山東三個文化區(qū)漢族人群的共同祖先是東夷人[1]，他們的族群是中國最古老的民族之一，與中原華夏民族、南方苗蠻民族鼎足而立[14]。隨著歷史和時代的變遷，山東地區(qū)逐漸演變成現(xiàn)在的三個獨特文化區(qū)域。其中，魯中-魯西北文化區(qū)地處內(nèi)陸，主要受到泰山文化和黃河文化的影響，屬于齊魯方言區(qū)之西齊區(qū)，特色民居為臺房、四合院。魯西南-魯南文化區(qū)亦位于山東內(nèi)陸地區(qū)，受孔子“禮”文化的影響較深，屬于齊魯方言區(qū)之西魯區(qū)，民居以四合院為主[1]。本研究中，魯中-魯西北與魯西南-魯南漢族人群之間的遺傳距離最近，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且兩文化區(qū)人群在系統(tǒng)發(fā)育樹中聚為一支，可以看出兩文化區(qū)人群的遺傳結(jié)構(gòu)較為相似。魯東文化區(qū)位于山東半島，三面環(huán)海，深受海洋“漁”文化的影響，屬于膠東方言區(qū)（與齊魯方言區(qū)形成對比[15]），特色民居是海帶草房。自上古時代，魯東文化區(qū)就是一個相對獨立的地理單元[1]，其文明早在舊石器時代晚期就已經(jīng)出現(xiàn)，具有自己的起源和發(fā)展譜系[15-16]，因而有別于內(nèi)陸魯中-魯西北與魯西南-魯南文化區(qū)的原始文化。魯東人群在三個文化區(qū)人群的系統(tǒng)發(fā)育樹中也單獨分為一支，并且與魯中-魯西北人群的遺傳距離最遠。此外，人群的遷徙和融合會影響人群的遺傳結(jié)構(gòu)[3]。在本研究中，魯東與魯西南-魯南文化區(qū)人群之間沒有明顯的遺傳學(xué)差異，可能是隨著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展和交通的便利，兩文化區(qū)人群之間的來往和基因交流更加頻繁所致，后續(xù)會繼續(xù)增加各地區(qū)樣本量和遺傳標記以進一步驗證。

綜上所述，本研究獲得了19個常染色體STR基因座在魯東、魯中-魯西北及魯西南-魯南文化區(qū)漢族人群中的等位基因頻率分布和群體遺傳學(xué)數(shù)據(jù)，并分析了三個文化區(qū)漢族人群之間的遺傳關(guān)系，為山東三個文化區(qū)基因數(shù)據(jù)庫的建立、法醫(yī)學(xué)應(yīng)用及群體遺傳學(xué)研究提供了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。