四川漢族人群19個STR常染色體基因座多態(tài)性及法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

黃云 ，王玉卓 ，宋鳳

（1.四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041；2.四川求實司法鑒定所，四川 成都 610011）

短串聯(lián)重復(fù)（short tandem repeat，STR）在人類基因組中分布廣泛，是一類具有高度多態(tài)性的核苷酸序列，具有易于檢測、分型準確快速、自動化和標準化程度高等特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)個體識別、親子鑒定和群體遺傳學(xué)研究。為保證DNA數(shù)據(jù)庫的有效性和可比對性，目前大部分商品化STR試劑盒均包含美國聯(lián)邦調(diào)查局（Federal Bureau of Investigation，F(xiàn)BI）推薦的13個DNA聯(lián)合索引系統(tǒng)（combined DNA index system，CODIS）STR基因座。中國作為世界上人口最多的國家，擁有最大的國家執(zhí)法DNA數(shù)據(jù)庫，獲得不同地區(qū)不同民族的STR基因座的基因分型和頻率對數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和STR基因座在該人群中的科學(xué)準確應(yīng)用至關(guān)重要。

本研究采用Goldeneye?DNA身份鑒定系統(tǒng)20A對1 201例四川漢族無關(guān)個體的19個STR基因座（D19S433、D5S818、D21S11、D18S51、D6S1043、D3S1358、D13S317、D7S820、D16S539、CSF1P0、Penta D、vWA、D8S1179、TPOX、Penta E、TH01、D12S391、D2S1338、FGA）的遺傳多態(tài)性進行檢測分析，并與我國其他12個已報道群體的遺傳關(guān)系進行比較，評估其個體識別、親子鑒定和群體遺傳學(xué)研究中的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 樣本

經(jīng)知情同意，隨機采集四川各地區(qū)1201例（男性674例，女性527例）漢族無關(guān)個體血樣1mL，乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）抗凝。

1.2 實驗方法

采用Chelex-100法提取基因組DNA。根據(jù)試劑盒說明書，采用Goldeneye?DNA身份鑒定系統(tǒng)20A［基點認知技術(shù)（北京）有限公司］對19個常染色體STR基因座進行分型，在9700型PCR儀（美國Applied Biosystems公司）上進行PCR擴增。PCR擴增產(chǎn)物在3500xL基因分析儀（美國Applied Biosystems公司）進行電泳分離，原始數(shù)據(jù)采用GeneMapper?ID-X軟件（美國Thermo Fisher Scientific公司）進行等位基因分型。檢測時，以9947A DNA為陽性對照，以純水為陰性對照。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用Modified-Powerstate軟件[1]進行統(tǒng)計學(xué)分析，獲得四川漢族人群19個STR基因座的等位基因頻率、等位基因數(shù)量、雜合度（heterozygosity，HE）、個體識別率（discrimination power，DP）、匹配概率（matching probability，MP）、多態(tài)信息含量（polymorphism information contents，PIC）、三聯(lián)體非父排除率（probability of exclusion of trios-testing，PEtri），二聯(lián)體非父排除率（probability of exclusion of duos-testing，PEduo），進行Hardy-Weinberg平衡檢驗，并計算累積個體識別率（cumulative discrimination power，CDP）、累積三聯(lián)體非父排除率（cumulative probability of exclusion of trios-testing，CPEtri）和累積二聯(lián)體非父排除率（cumulative probability of exclusion of duos-testing，CPEduo）。與其他12個已報道群體[2-13]共有的19個基因座進行比較，采用Phylip 3.695軟件包（Joe Felsenstein編制）計算群體間的Nei’s遺傳距離（Rst），應(yīng)用SPSS 19.0[14]（美國IBM公司）進行多維尺度（multidimensional scaling，MDS）分析和主成分分析（principal component analysis，PCA），應(yīng)用Mega 7.0軟件包[15]分析并構(gòu)建相鄰連接（neighbour-joining，NJ）系統(tǒng)發(fā)生樹。

2 結(jié) 果

2.1 等位基因頻率分布

1 201例四川漢族無關(guān)個體中，19個STR基因座的等位基因及等位基因頻率見表1。共檢出245個等位基因，其頻率分布于0.0004～0.5291。

表1 四川漢族群體19個STR基因座的等位基因頻率Tab.1 Allele frequencies of 19 STR loci in Sichuan Han population （n=1201）

續(xù)表1Continued tab.1

2.2 群體遺傳學(xué)參數(shù)

四川漢族19個STR基因座的群體遺傳學(xué)參數(shù)見表2。其中，各基因座等位基因數(shù)量7～26個，HE為0.6170～0.9151，DP為0.7774～0.9865，MP為0.0135～0.2226，PIC為0.5464～0.9108，PEtri為0.3118～0.8263，PEduo為 0.197 9～0.712 1。經(jīng) Hardy-Weinberg平衡檢驗，所有基因座P值均大于0.05，為0.080 7～0.983 1，各基因座基因型分布情況符合Hardy-Weinberg平衡。CDP為0.999 999 999 999 999 999 999 991，CPEtri為0.999999996093037，CPEduo為0.99999312。

2.3 13個群體間的遺傳距離及系統(tǒng)發(fā)生樹

根據(jù)四川漢族與其他12個已報道群體間[2-13]的19個STR基因座計算得到Nei’s遺傳距離（表3）。表3可見，四川漢族與湖北漢族差異最小（Rst=0.0017），與先前報道的其他漢族群體[2-5，7-8，10-11，13（]0.002 0＜Rst＜0.015 4）、云南白族[6（]Rst=0.004 6）及海南黎族[12（]Rst=0.0286）遺傳距離較近，與新疆維吾爾族差異最大（Rst=0.045 2）。根據(jù)四川漢族與12個群體間的遺傳距離構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)生樹見圖1。圖中，新疆維吾爾族單獨聚類，四川漢族與其他11個群體聚為一類。MDS分析結(jié)果顯示，四川漢族與四川漢族1、湖北漢族、云南漢族、重慶漢族、上海漢族和福建漢族在MDS圖上分布在圖中心偏上且聚為一簇，海南黎族位于圖左上象限，而新疆維吾爾族位于左下象限（圖2）。在人群PCA分析圖上可見新疆維吾爾族和海南黎族分布位置相對較遠，四川漢族與其他10個群體相對聚集（圖3）。

表2 四川漢族19個STR基因座的群體遺傳學(xué)參數(shù)Tab.2 Population genetic parameters of 19 STR loci in Sichuan Han population

表3 四川漢族已報道的12個群體間19個STR基因座計算得到的Nei’s遺傳距離（Rst）Tab.3 Nei’s genetic distances calculated from 19 STR loci between Sichuan Han and 12 previously reported populations

圖1 13個中國群體的系統(tǒng)發(fā)生樹Fig.1 Phylogenetic tree of 13 Chinese populations

圖2 13個中國群體的MDS分析Fig.2 MDS analysis of 13 Chinese populations

圖3 13個中國群體的PCA分析Fig.3 PCA analysis of 13 Chinese populations

3 討 論

四川省位于中國西南腹地，東鄰重慶，西銜西藏，北接甘肅、陜西、青海，南連云南、貴州。四川為多民族聚居地，據(jù)第六次人口普查數(shù)據(jù)，此地居住人口超過8 041萬人，其中漢族人口約占94%，其余55個少數(shù)民族約490.8萬人常住于此[16]。漢族和少數(shù)民族間的起源和基因的遺傳多樣性一直是近年來的研究熱點，作為中國連接要塞的四川，明確其漢族人群的遺傳多態(tài)性和鄰近群體的遺傳關(guān)系對準確評估涉及四川漢族人群的親權(quán)鑒定、個體識別、數(shù)據(jù)庫建設(shè)和群體遺傳學(xué)探究有重要意義。

本研究結(jié)果顯示，四川漢族群體在19個STR基因座上都符合Hardy-Weinberg平衡定律，表明采樣隨機，符合群體統(tǒng)計分析要求，分型數(shù)據(jù)可信。本研究中，除TPOX基因座外，其他基因座的DP均大于0.8，具有高度多態(tài)性。且按照乘積定律計算，這19個STR基因座CDP高達0.999 999 999 999 999 999 999 991，CPEtri為 0.999 999 996 093 037，CPEduo為 0.999 993 12。本研究結(jié)果表明，Goldeneye?DNA身份鑒定系統(tǒng)20A在四川漢族人群中具有高度的多態(tài)性和較好的鑒別能力，適用于該地區(qū)群體法醫(yī)學(xué)個體識別和親權(quán)鑒定案件評估。

通過四川漢族與已報道的12個群體之間的遺傳距離比較，與新疆維吾爾族顯示出較大的遺傳差異，其次是海南黎族（Rst=0.0286）、山東漢族（Rst=0.0154）、貴州漢族（Rst=0.0137）、江蘇漢族（Rst=0.0098）和云南白族（Rst=0.004 6）。與湖北漢族遺傳距離最?。≧st=0.001 7），其次是云南漢族（Rst=0.002 0）、重慶漢族（Rst=0.0031）、上海漢族（Rst=0.0031）和福建漢族（Rst=0.0034）。這些群體中，新疆維吾爾族屬于阿爾泰語系，而其他群體屬于漢藏語系，這可能與不同語系群體之間具有遺傳差異有關(guān)。山東、貴州和海南因其特殊的地理結(jié)構(gòu)和位置，對其與其他地區(qū)群體基因交流有一定的影響，故遺傳距離相對較遠。而與四川漢族遺傳距離小的群體均為地理鄰近種群。此外，也可能與清初時期“湖廣填四川”的歷史沿革有關(guān)[17]。地理鄰近和群體混合更易產(chǎn)生基因交流，所以群體間共享相同的等位基因頻率高，表現(xiàn)為遺傳距離相對較近[18]。

綜上所述，本研究通過對四川漢族人群19個常染色體STR基因座的遺傳多態(tài)性進行調(diào)查，獲得了該群體的等位基因分布等遺傳多態(tài)性數(shù)據(jù)，并與不同地域不同群體進行遺傳關(guān)系比較分析表明，GoldeneyeTM20A身份鑒定檢測系統(tǒng)19個STR基因座在四川漢族人群中具有高度的多態(tài)性和較好的鑒別能力，為該地區(qū)法醫(yī)學(xué)個體識別、親權(quán)鑒定和群體遺傳學(xué)研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。