20個(gè)STR基因座在黑龍江省漢族人群的遺傳多態(tài)性

趙峰，李明佳，李學(xué)博，李斌，丁春麗，李亮亮

（1.山東政法學(xué)院 山東政法學(xué)院司法鑒定中心，山東 濟(jì)南 250014；2.伊春市公安局刑事技術(shù)支隊(duì)，黑龍江 伊春153000；3.山東省諸城市公安局刑警大隊(duì)，山東 濰坊 262200）

短串聯(lián)重復(fù)（short tandem repeats，STR）序列具有高度多態(tài)性，是當(dāng)前法醫(yī)DNA檢驗(yàn)的重要技術(shù)之一，已廣泛用于法醫(yī)學(xué)鑒定和人類遺傳學(xué)研究。本研究調(diào)查了PowerPlex?21系統(tǒng)中20個(gè)常染色體STR基因座在黑龍江省1423名漢族人群的遺傳多態(tài)性，選取其中15個(gè)STR基因座，分析黑龍江人群與其他7個(gè)人群（包括中國(guó)4個(gè)人群和葡萄牙、墨西哥、美國(guó)人群）的遺傳距離，并制作分子系統(tǒng)發(fā)育樹和多維尺度（multidimensional scaling，MDS）分析圖，比較黑龍江漢族人群與其他人群的親緣關(guān)系，為法醫(yī)學(xué)相關(guān)研究和應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣本

在知情同意的原則下，采集1 423例漢族健康無(wú)關(guān)個(gè)體的血樣，其中男性926例、女性497例，均由黑龍江省伊春市公安局提供。

1.2 DNA提取

利用Chelex-100法提取基因組DNA，4℃保存[1]。

1.3 PCR擴(kuò)增及電泳檢測(cè)

使用PowerPlex? 21系統(tǒng)（美國(guó)Promega公司），按照說(shuō)明書配制10μL反應(yīng)體系，利用9700型PCR擴(kuò)增儀（美國(guó)AB公司）進(jìn)行復(fù)合擴(kuò)增。擴(kuò)增產(chǎn)物在3130xl基因分析儀（美國(guó)AB公司）上電泳，用GeneMapper?ID-X軟件分析20個(gè)STR基因座的基因型。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

用Modified-Powerstates分析軟件[2]計(jì)算21個(gè)常染色體基因座的等位基因頻率、個(gè)體識(shí)別率（discrimination power，DP）、匹配概率（match probability，Pm）、非父排除率（probability of paternity excluding，PE）和多態(tài)信息含量（polymorphic information content，PIC）等群體遺傳學(xué)參數(shù)，用Arlequin v3.5軟件計(jì)算人群觀察雜合度（observed heterozygosity，Ho）和期望雜合度（expected heterozygosity，He），進(jìn)行 Hardy-Weinberg平衡與連鎖不平衡檢驗(yàn)[3]，計(jì)算群體間遺傳距離Fst矩陣。選取8個(gè)人群共同的15個(gè)基因座（CSF1PO、D13S317、D16S539、D18S51、D19S433、D21S11、D2S1338、D3S1358、D5S818、D7S820、D8S1179、FGA、TH01、TPOX和vWA），根據(jù)凈遺傳距離用Mega-X軟件（https://www.megasoftware.net/）重建 8個(gè)群體相鄰連接（neighbour-joining，NJ）系統(tǒng)發(fā)育樹[4]，利用SPSS 20.0構(gòu)建MDS圖。

2 結(jié)果與討論

1423例黑龍江漢族人群在20個(gè)STR基因座共檢出264個(gè)等位基因和1 128種基因型，各基因座等位基因的基因頻率見表1。20個(gè)基因座等位基因頻率在0.00035～0.52178，使用Arlequin v3.5軟件檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)Bonferroni校正后，各基因座基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡（P＞0.0025），各基因座之間不存在連鎖不平衡（P＞0.0002632，表2）。

調(diào)查結(jié)果顯示，20個(gè)STR基因座的He值在0.6177～0.914 9，DP 值在 0.794 5～0.986 8，PE 值在 0.312 7～0.8260，PIC值在0.5601～0.9125。一般認(rèn)為PIC＞0.5，說(shuō)明該遺傳標(biāo)記的多態(tài)性越高，DP≥0.9、He≥0.7，說(shuō)明該遺傳標(biāo)記的鑒別能力越強(qiáng)[5-6]。本系統(tǒng)20個(gè)基因座中除CSF1PO、D3S1358、TH01、TPOX4個(gè)基因座外，其余基因座均具有較高的遺傳多態(tài)性和較高的鑒別能力，其中Penta E基因座的各項(xiàng)參數(shù)最優(yōu)。20個(gè)基因座累積DP大于0.999 999 999 999 999 999 999，累積PE為0.999999995306，各項(xiàng)群體遺傳學(xué)參數(shù)見表2。

表1 黑龍江漢族人群20個(gè)常染色體STR基因座等位基因頻率 （n=1423）

續(xù)表1

表2 黑龍江漢族人群20個(gè)常染色體STR基因座的群體遺傳學(xué)參數(shù) （n=1423）

8個(gè)人群數(shù)據(jù)中，山東（665例）、江蘇（480例）、河北（535例）、天津（475例）數(shù)據(jù)來(lái)自本實(shí)驗(yàn)室未發(fā)表數(shù)據(jù)，葡萄牙、墨西哥和美國(guó)數(shù)據(jù)來(lái)自已發(fā)表文獻(xiàn)原始數(shù)據(jù)[7-9]。經(jīng)過(guò)Bonferroni校正，遺傳距離對(duì)應(yīng)的P值均小于0.001786（P＜0.05/28），說(shuō)明不同人群之間的Fst值具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果顯示，國(guó)內(nèi)人群之間比較，黑龍江人群與山東人群遺傳距離最近，其次為江蘇、天津和河北，黑龍江與國(guó)外人群距離都較遠(yuǎn)，其中葡萄牙較近，美國(guó)最遠(yuǎn)（表3）。

基于15個(gè)相同基因座制作的8個(gè)人群的系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1）和MDS（圖2）直觀地顯示了遺傳距離的遠(yuǎn)近。從歷史和地理角度上分析，中國(guó)歷史上“闖關(guān)東”時(shí)期，大批山東人遷入東北并定居生活，所以，山東和黑龍江具有較近的親緣關(guān)系，與國(guó)內(nèi)其他幾個(gè)地區(qū)的距離也較近。發(fā)育樹還顯示葡萄牙人群與中國(guó)人群并為一支，從地理因素上分析，根據(jù)大陸板塊漂移學(xué)說(shuō)，亞歐大陸本屬于同一版塊，親緣關(guān)系近于處于美洲板塊的美國(guó)和墨西哥。

本研究可為法醫(yī)遺傳學(xué)等相關(guān)研究和應(yīng)用提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表3 8個(gè)地區(qū)15個(gè)STR基因座的Fst值

圖1 8個(gè)群體的系統(tǒng)發(fā)育樹

圖2 8個(gè)群體的MDS 圖