20個(gè)常染色體STR基因座的突變分析

林鉆芳

摘要：目的 ?分析20個(gè)常染色體STR基因座的突變情況。方法 ?收集2015～2018年廣東經(jīng)緯司法鑒定所5862例親子鑒定案件，篩選出基因突變事件，統(tǒng)計(jì)基因座的突變率、突變?cè)斍?，分析各STR基因座的突變規(guī)律。結(jié)果 ?確定為“支持”結(jié)論的5862例案件中，三聯(lián)體案件3546例，二聯(lián)體案件2316例，共觀察到9408次減數(shù)分裂。5862例案件中201次突變事件，三聯(lián)體突變次數(shù)為160次，平均突變率為0.1068%（95%CI：0.0510～0.1954），累計(jì)突變率達(dá)到2.1365%（95%CI：1.8539～2.4492）。20個(gè)STR基因座中觀察到18個(gè)基因座存在突變現(xiàn)象，其中CSF1PO與FGA突變率最高，Penta D突變率最低，僅TH01、TPOX基因座未發(fā)現(xiàn)突變事件。201次突變事件中，一步突變196次，二步突變3次，三步突變2次。父源突變150次，三聯(lián)體113次，二聯(lián)體37次，母源突變25次，三聯(lián)體21次，二聯(lián)體4次，不確定父/母突變26次，父源與母源突變比例為6∶1。結(jié)論 ?STR基因座突變現(xiàn)象日益增加，其中CSF1PO與FGA突變率最高，Penta D突變率最低，父源突變多余母源突變。若出現(xiàn)1～3個(gè)STR基因座不符合遺傳規(guī)律，特別是突變基因座為純合子等位基因或近親鑒定時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎分析判斷突變的具體情況。

關(guān)鍵詞：親子鑒定;法醫(yī)物證學(xué);STR基因座;突變

中圖分類(lèi)號(hào)：DF79 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.04.042

文章編號(hào)：1006-1959（2020）04-0133-03

Abstract：Objective ?To analyze the mutations of 20 autosomal STR loci.Methods ?A total of 5，862 paternity test cases from Guangdong Jingwei Forensic Laboratory were collected from 2015 to 2018， and gene mutation events were screened， the mutation rate and details of the mutations were counted， and the mutation rules of each STR loci were analyzed.Results ?Of the 5，862 cases identified as "supporting"， 3，546 cases of triad cases and 2，316 cases of duo cases， a total of 9，408 meiotic cases were observed. There were 201 mutation events in 5862 cases， and the number of triplet mutations was 160. The average mutation rate was 0.1068%（95% CI： 0.0510～0.1954）， and the cumulative mutation rate reached 2.1365%（95% CI： 1.8539～2.4492）. Among 20 STR loci， mutations were observed in 18 loci， among which CSF1PO and FGA had the highest mutation rates and Penta D had the lowest mutation rates. Only TH01 and TPOX loci had no mutation events. Among 201 mutation events， 196 mutations occurred in one step， 3 mutations in 2 steps， and 2 mutations in 3 steps. 150 paternal mutations， 113 triplets， 37 duplexes， 25 maternal mutations， 21 triads， 4 duplexes， 26 uncertain parent/mother mutations， and ratio of paternal to maternal mutations is 6∶1.Conclusion ?The mutation phenomenon of STR loci is increasing day by day. Among them， the mutation rate of CSF1PO and FGA is the highest， and the mutation rate of Penta D is the lowest. If the occurrence of 1 to 3 STR loci does not conform to the genetic law， especially when the mutation locus is a homozygous allele or the identification of a close relative， the specific situation of the mutation should be analyzed carefully.

Key words：Paternity test;Forensic physical evidence;STR loci;Mutation

短串聯(lián)重復(fù)序列（short tandem repeat，STR）是核心序列為2～6個(gè)堿基的短串聯(lián)重復(fù)結(jié)構(gòu)，是目前法醫(yī)物證鑒定中應(yīng)用最廣泛的長(zhǎng)度多態(tài)性遺傳標(biāo)記。STR分型具有高靈敏度、高度鑒別能力以及標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)分型等技術(shù)特征，已成為當(dāng)前法醫(yī)學(xué)親權(quán)鑒定的主要技術(shù)。本研究對(duì)20個(gè)常染色體STR基因座進(jìn)行突變情況分析，旨在增加本地區(qū)乃至全國(guó)的大樣本突變數(shù)據(jù)，現(xiàn)報(bào)道如下。

1材料與方法

1.1樣本材料 ?將廣東經(jīng)緯司法鑒定所2015～2018年確定為“支持”結(jié)論的5862例案件作為觀察對(duì)象，案例樣本包括血樣、毛發(fā)、口腔拭子、指甲、口香糖膠塊、羊水、衛(wèi)生巾血跡等。

1.2 STR基因座基因型 ?根據(jù)GA/T383-2014標(biāo)準(zhǔn)，將檢材用chelex-100的方法分別提取DNA。用PowerPlex 21（美國(guó)Promega公司）或STRtyper-21G（寧波海爾施基因科技有限公司）擴(kuò)增系統(tǒng)對(duì)檢材DNA進(jìn)行擴(kuò)增，經(jīng)D8S1179、D21S11、D7S820、CSF1PO、D3S1358、D5S818、D13S317、D16S539、D2S1338、D19S433、VWA、D12S391、D18S51、AMEL、D6S1043、FGA、D1S1656、Penta D、Penta E、TH01、TPOX擴(kuò)增，擴(kuò)增產(chǎn)物用ABI-3130XL型基因分析儀（美國(guó)AB公司）進(jìn)行熒光檢測(cè)、分型，得到各基因座基因型。

1.3突變基因的確定 ?當(dāng)發(fā)現(xiàn)1～3個(gè)基因座不符合遺傳規(guī)律，考慮存在突變，應(yīng)使用另一種試劑盒進(jìn)行驗(yàn)證，必要時(shí)增加AGCU X-19試劑盒（無(wú)錫中德美聯(lián)生物技術(shù)公司）或Y-filer試劑盒（美國(guó)AB公司）檢測(cè)，若累計(jì)親權(quán)指數(shù)（CPI）>10000且X或Y試劑盒基因型一致，則認(rèn)定親子關(guān)系。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 ?基因座的突變率計(jì)算公式：STR基因座突變率=（基因座檢出的突變次數(shù)/基因座觀察的減數(shù)分裂總次數(shù)）×100%。突變率的95%可信區(qū)間（95%CI）采用二項(xiàng)分布的精確概率法，通過(guò)在線軟件進(jìn)行計(jì)算。

2結(jié)果

2.1 STR基因座突變率結(jié)果分析 ?確定為“支持”結(jié)論的5862例案件中，三聯(lián)體案件3546例，二聯(lián)體案件2316例，其中父子案件1573例，母子案件743例，共觀察到9408次減數(shù)分裂。5862例案件中共觀察到201次突變事件，三聯(lián)體突變次數(shù)為160次，平均突變率為0.1068%（95%CI：0.0510～0.1954），累計(jì)突變率達(dá)到2.1365%（95%CI：1.8539～2.4492）。在20個(gè)STR基因座中觀察到18個(gè)基因座存在突變現(xiàn)象，其中CSF1PO與FGA突變率最高，Penta D突變率最低，僅TH01、TPOX基因座未發(fā)現(xiàn)突變事件，見(jiàn)表1。

2.2 STR基因座突變?cè)斍榉治??201次突變事件中，一步突變196次，二步突變3次，三步突變2次。一步突變現(xiàn)象中增加1個(gè)重復(fù)單位80次，減少1個(gè)重復(fù)單位77次，不確定增加或減少1個(gè)重復(fù)單位39次。另外，父源突變150次，三聯(lián)體113次，二聯(lián)體37次，母源突變25次，三聯(lián)體21次，二聯(lián)體4次，不確定父/母突變26次，父源與母源突變比例為6∶1，見(jiàn)表2。

3討論

突變率是指每代細(xì)胞發(fā)生突變的百分率，是評(píng)估遺傳標(biāo)記穩(wěn)定性與親子鑒定可靠性的指標(biāo)。因此在親子鑒定中，應(yīng)選取那些突變率低的遺傳標(biāo)記。為了避免因遺傳標(biāo)記的突變而錯(cuò)誤地排除親子關(guān)系，法醫(yī)學(xué)親子鑒定所選用的遺傳標(biāo)記必須經(jīng)家系調(diào)查，且至少觀察500次減數(shù)分裂，選用的遺傳標(biāo)記突變率應(yīng)低于0.2%[1]。本研究觀察到18個(gè)發(fā)生突變的STR基因座突變率介于0.0319%～0.2551%，除D8S1179、CSF1P0、FGA基因座外，其余17個(gè)基因座的突變率均小于0.2%，這些基因座的多態(tài)性較高且等位基因數(shù)量眾多，在使用這些基因座時(shí)要注意其高突變率，避免STR遺傳標(biāo)記的高突變率會(huì)導(dǎo)致在該基因座的錯(cuò)誤排除。表明無(wú)論是采用21G試劑盒還是PowerPlex試劑盒，累計(jì)突變率均接近2%，即約100次減數(shù)分裂就可能遇上1～2例親子鑒定突變，說(shuō)明突變現(xiàn)象在親子鑒定實(shí)踐中越來(lái)越常見(jiàn)。

復(fù)制滑動(dòng)是形成STR多態(tài)性的原因之一，也是STR基因座基因突變的主要原因。復(fù)制滑動(dòng)突變多表現(xiàn)為等位基因增加或減少一個(gè)重復(fù)單位。本研究201次突變事件中，一步突變196次，二步突變3次，三步突變2次。表明一步突變明顯多于多步突變，與大多數(shù)研究結(jié)果一致[3，4]。此外，一步突變現(xiàn)象中增加1個(gè)重復(fù)單位80次，減少1個(gè)重復(fù)單位77次，不確定增加或減少1個(gè)重復(fù)單位39次，可見(jiàn)一步突變中增加與減少1個(gè)重復(fù)單位的比例相當(dāng)。STR基因突變與性別有關(guān)，有研究顯示[5]，父源突變比母源突變要多，原因是男性精子細(xì)胞分化經(jīng)歷的細(xì)胞分裂次數(shù)比卵細(xì)胞多10倍，其次是精子染色體中堿基替換的積累比卵細(xì)胞快2倍。本研究顯示中父源突變與母源突變的比例是6∶1，具有明顯的性別差異，與上述研究結(jié)果一致，但與張林等[6]研究結(jié)果不一致，產(chǎn)生差異的原因可能與研究群體結(jié)構(gòu)、民族、地域、數(shù)量等有關(guān)。

因引物結(jié)合區(qū)域的突變而非重復(fù)結(jié)構(gòu)的突變導(dǎo)致其在單一STR基因座上出現(xiàn)不一致被稱(chēng)為無(wú)效等位基因，可能存在于父母或者孩子，表現(xiàn)為不符合等位基因的遺傳[7-9]。本研究中有1例二聯(lián)體父子一步突變，在加入母親鑒定并使用另一種廠家試劑盒對(duì)突變進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)父親假純合子突變;又1例為三聯(lián)體母子三步突變，在使用另一種廠家試劑盒對(duì)突變進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)孩子假純合子突變。因此，當(dāng)遇到基因突變特別是純合子突變時(shí)，應(yīng)使用不同廠家試劑盒對(duì)樣本進(jìn)行重新檢測(cè)，防止因等位基因丟失的突變現(xiàn)象。

綜上所述，STR基因座突變現(xiàn)象日益增加，其中CSF1PO與FGA突變率最高，Penta D突變率最低，父源突變多余母源突變。在親子鑒定檢案中1～3個(gè)STR基因座不符合遺傳規(guī)律時(shí)，有條件的實(shí)驗(yàn)室可增加基因座數(shù)目、使用新一代測(cè)序技術(shù)來(lái)檢測(cè)，當(dāng)遇到基因座突變時(shí)，應(yīng)使用另一種試劑盒進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)，單親案件盡量讓父母雙方都加入鑒定中，近親鑒定案件盡量讓生物學(xué)父母加入鑒定，或加做X、Y染色體的遺傳信息來(lái)幫助確定個(gè)體間的親緣關(guān)系，以提高鑒定結(jié)論的可靠性。

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收稿日期：2019-12-20;修回日期：2019-12-30

編輯/杜帆