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朱传红, 周翔, 邵毅, 黄代新, 胡青青, 许帆叶, 孙婧, 宁平, 刘艳. 湖北地区汉族人群24个Y-STR基因座遗传多态性研究[J]. 刑事技术,2014,39(1): 16-22
ZHU Chuan-hong, ZHOU Xiang, SHAO Yi, HUANG Dai-xin, HU Qing-qing, XU Fan-ye, SUN Jing, NING Ping, LIU Yan. Study on genetic polymorphism and mutation of 24 Y-STR loci for Han population in Hubei[J]. Forensic Science and Technology,2014,39(1): 16-22  
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湖北地区汉族人群24个Y-STR基因座遗传多态性研究
朱传红1,2, 周翔3, 邵毅3, 黄代新2, 胡青青2, 许帆叶1, 孙婧1, 宁平2, 刘艳2*
1.华中科技大学同济医学院法医学系,武汉 430030
2.湖北省武汉市公安局刑事侦查局,430024
3.无锡中德美联生物技术有限公司,江苏无锡 214174
刘艳E-mail:245787101@qq.com

作者简介:朱传红(1968—),男,武汉市人,主任法医师, 法医学博士,华中科技大学同济医学院法医学系客座教授,主要从事法医分子生物学研究、法医现场勘查检验及研究。

摘要

目的 对湖北汉族人群24个Y-STR基因座多态性进行调查,并获得相关的基础遗传学数据。方法 应用AGCU Y24 STR荧光标记复合直接扩增系统及3130XL型DNA测序仪,对湖北地区320对已确定父子关系的640个男性个体血样进行24个Y-STR检测分型。结果 在320名父亲男性个体中,在DYS391、DYS389Ⅰ、DYS439、DYS389Ⅱ、DYS438、DYS449、DYS456、DYS458、DYS437、DYS635、DYS448、Y-GATA-H4、DYS447、DYS19、DYS392、DYS522、DYS393、DYS388、DYS390、DYS444基因座在湖北地区汉族人群分别检出4~17个等位基因,DYS527a/b检出45个等位基因组,DYS385a/b检出57个等位基因组,各基因座基因多样性最低为0.3838,最高为0.9650;并检出320种单倍型。比对320对父子Y-STR分型,在7680次基因遗传传递中,在DYS449、DYS527、DYS444、DYS389Ⅱ、DYS447、DYS522、DYS385、Y-GATA-H4等10个基因座中检出16个突变,突变率为1.5625‰~1.5653%,平均突变率为2.0833‰;等位基因增加突变与等位基因减少突变比为1∶1。结论 24个基因座单倍型在湖北地区汉族人群中具有丰富的遗传多态性,其数据对法医学应用、Y-STR数据库建设和群体遗传学等研究应用具有重要意义。

关键词: Y-STR; 复合扩增; 遗传多态性; 单倍型; 突变
中图分类号:DF795.2 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2014)01-0016-07
Study on genetic polymorphism and mutation of 24 Y-STR loci for Han population in Hubei
ZHU Chuan-hong, ZHOU Xiang, SHAO Yi, HUANG Dai-xin, HU Qing-qing, XU Fan-ye, SUN Jing, NING Ping, LIU Yan
Abstract

Objective To obtain genetics polymorphism data of 24 Y-STR loci of Han population in Hubei province.Methods 24 Y-STR of 320 fathers and their son were typered by using AGCU Y-STR amplification system and 3130XL Genetic Analysiser.Results 4 to 17 ladder alleles (at DYS391, DYS389, DYS439, DYS389 Ⅱ, DYS438, DYS449, DYS456, DYS458, DYS437, DYS635, DYS448, Y-GATA-H4, DYS447, DYS19, DYS392, DYS522, DYS393, DYS388, DYS390, DYS444)were found, 45 ladder alleles of DYS527a/b were found, and 57 ladder alleles of DYS385a/b were found. The lowest gene diversity was 0.3838, the highest gene diversity was 0.9650, 320 haplotypes were detected. 16 mutations in DYS449, DYS527, DYS444, DYS389 Ⅱ, DYS447, DYS522, DYS385, Y-GATA-H4 had been detected, the mutation rate was 1.5625‰~1.5653%, the average mutation rate was 2.0833‰, and the allele increase or allele decrease in the mutation was 1∶1. Conclusion Y haplotypes of 24 Y-STR of Han population in Hubei has abundant genetic polymorphism. It is of great significance for forensic applications, Y-STR database and population genetics research.

Keyword: Y-STR; multiplex amplification; genetic polymorphism; haplotype; mutation

Y-STR基因座具有男性特有、父系遗传、连锁单倍型遗传等特征, 在群体遗传学研究、法医学应用等方面具有重要的应用价值, 特别是在单亲鉴定、混合样本的个体识别和Y-STR家系排查中更具有独特的优势[1, 2, 3, 4, 5, 6]。

本文采用AGCU-24Y-STR复合扩增试剂盒, 对湖北地区320对已确定父子关系640份血样进行检测, 观察24个Y-STR分型的遗传与突变, 为法医学应用及群体遗传学研究提供湖北地区汉族人群Y-STR基因座基础多态性基础数据报道如下。

1 材料和方法
1.1 样本来源

320对已确定父子关系640份血样均来自于华中科技大学同济医学院法医学系, 为2011年至2012年日常亲子鉴定案件中积累。

1.2 检测方法

采用BSD-600型半自动血样打孔器, 对每份血样制作1.2mm/片等大圆形血痕, 加入96孔PCR反应板中, 采用AGCU-24Y-STR荧光复合直接扩增试剂盒(无锡中德美联生物技术有限公司), 有24个Y-STR基因座, 引物序列查自GDB数据库(http://www.gdb.org), 相关信息见表1。按其说明书配制混合反应体系, 以每份血样中直接加入10μ L混合反应试剂, 封膜后在9700型PCR扩增仪上进行直接扩增。扩增参数:95℃× 5min; 94℃× 1min, 60℃× 1min, 72℃× 1min, 10cycles; 90℃× 1min, 58℃× 1min, 72℃× 1min, 20cycles; 60℃× 60min, 4℃保温。扩增产物在AB公司3130XL型基因分析仪上进行电泳, 采用Data Collextion 3.0 和GeneMaper 3.2软件收集数据并进行分析, 得到Y-STR的分型结果。

1.3 数据统计分析

(1)用直接计数法计算各基因座的等位基因频率与单倍型检出频率; 基因多样性(Gene diversity, GD)及单倍型多样性(haplotype diversity, HD)按公式GD=n( 1- ∑ xi2)/(n-1), 其中n为样本数, xi为单倍型频率[8]。标准误(Standard error , S.E.) 按公式 SE=2n∑x3-∑x22

根据直接计数法计算相应基因座的突变率:STR 基因座的突变率=该基因座检出的突变次数/该基因座观察的减数分裂次数× 100%, 并计算95% CI(可信区间)(http: //statpages.org/confint.html.)

(2)参考文献[7], 采用R× C列联表χ 2检验比较不同群体间Y-STR基因座基因频率分布及突变率的差异。

2 结 果
2.1 24个Y-STR基因座基因频率、GD值及单倍型

24个Y-STR基因座组成包含有:最小单倍型(minimal haplotype, MHT, 即DYS19、DYS389I、DYS389II、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393和DYS385a/b), Y filer单倍型(Yfiler=MHT+ DYS438、DYS439、DYS437、DYS448、DYS456、DYS458、 DYS635、YGATAH4), 和7个新的Y-STR(DYS449、DYS527a/b、DYS447、DYS388、DYS522、DYS444)。

24个Y-STR基因座核心重复单位有三、四、五、六核苷酸(见表1), 其中四核苷酸Y-STR居多, 有19个, 占79.17%; 其中DYS391、DYS389Ⅰ 、DYS439、DYS389Ⅱ 、DYS438、DYS449、DYS456、DYS458、DYS437、DYS635、DYS448、Y-GATA-H4、DYS447、DYS19、DYS392、DYS522、DYS393、DYS388、DYS390、DYS444基因座均单拷贝Y-STR基因座, 在湖北地区汉族人群分别检出4~17个等位基因, 各基因座GD在0.3838~0.8782, 其中GD值大于0.5有20个基因座; 而DYS527、DYS385为多拷贝基因座, DYS527基因座检出12个等位基因, 共检出45个等位基因组, 其基因多样性分别为0.9512; DYS385基因座检出13个等位基因, 共57个等位基因组, 其基因多样性分别为0.9650(见表2)。

320个无关男性个体检出320种单倍型, 本次调查单倍型基因多样性为1。

在个人识别中, 其匹配概率的计算也可将Σ pi2计算(pi为基因型频率)。

2.2 24个Y-STR突变率

320对父子24个Y-STR基因座中, 共有7680次Y-STR遗传传递, 在DYS449、DYS527、DYS444、DYS389Ⅱ 、DYS447、DYS522、DYS385、Y-GATA-H4等10个基因座中检出16次突变, 突变率最高是DYS449, 为1.5653%, 其次是DYS527、DYS389Ⅱ 等基因座突变率均为6.25‰ , DYS447、DYS522、DYS444、Y-GATA-H4等基因座突变率均3.125‰ , DYS385基因座突变率为1.5625‰ , 而DYS391、DYS389Ⅰ 、DYS439、DYS438、DYS456、DYS458、DYS437、DYS635、DYS448、DYS19、DYS392、DYS393、DYS388、DYS390等14个基因座均未发现突变, 平均突变率为2.0833‰ ; 各基因座突变情况详见表3。

320对父子7680次Y-STR遗传传递中, 在DYS449、DYS527、DYS444、DYS389Ⅱ 、DYS447、DYS522、DYS385、Y-GATA-H4等10个基因座16次突变均表现为单个基因突变。父子间Y-STR突变表现等位基因增加有8次, 表现等位基因减少有8次, 比例为1∶ 1。一步突变出现13次, 占81.25%; 两步突变以上出现3次, 占18.75%, 均在DYS527、DYS385多拷贝基因座上。详见表4。

3 讨 论

Y-STR 基因座在不同人群的多态性基础数据是法医学应用、群体遗传学研究的基础, 国内外均有研究报道[9, 10, 11, 12, 13, 14, 15], 但24个Y-STR基因座在湖北汉族人群中的多态性研究极少。通过研究, 湖北汉族人群24个Y-STR基因座的基因多样性为0.3838~0.9650, 除DYS391、DYS438、DYS437、DYS388基因座外, 余20个Y-STR基因座GD值均大于0.5, 说明其在湖北汉族人群中属高度多态性遗传标志, 在法医学应用中具有重要价值。

研究显示, 不同地域、不同民族Y-STR其GD值存在较大差异, 如本次调查湖北地区汉族人群中DYS438基因座GD值最低, 为0.3838; 但与文献报道, 辽宁[9]、广州[10]、北京地区[11]、成都地区[12]等不同地域汉族人群DYS438基因座GD值分别为0.4760、0.4855、0.5418、0.4614, 其基因频率及GD值差异有显著性。同一Y-STR基因座基因频率及GD值与不同民族间的相关数据比较检验, 结果显示差异有显著性。如湖北汉族DYS438基因座与文献报道中国少数民族DYS438基因座比较, 新疆维族[13]为0.6819, 广西的京族、彝族、瑶族、壮族分别为0.380、0.110、0.228、0.439[14], 内蒙古的蒙古族[15]为0.5095, 经χ 2检验, 其结果P均小于0.05, 有的甚至P< 0.01, 显示在不同地域、不同民族中仅DYS438基因型分布有很大的差别, 反映群体差异性大, 在群体遗传学和种群识别方面有一定的应用价值。

广州地区居住的非洲籍男性[16]、美国非裔美国人[17]、美国白人[17]、西班牙裔美国人[17]、南澳大利亚土著人[18]、南澳大利亚白人、北印度人[19]等不同民族、不同地域的群体Y-STR基因座与湖北地区汉族人群比较, 如在DYS438基因座, 基因频率及GD值, 表明与国外也同样显示出显著性差异。

本文通过观察320次减数分裂, 获湖北地区汉族人群24个Y-STR基因座基本数据及特征:(1)Y-STR基因座突变、突变率与不同地域、不同种族密切相关, 呈现出明显的差异性。在DYS449、DYS527、DYS444、DYS389Ⅱ 、DYS447、DYS522、DYS385、Y-GATA-H4等10个基因座16次突变, 与文献报道Y-STR基因座均不一致, 突变率为1.5625‰ ~1.5653%, 其中DYS449突变率最高, 为1.5653%, 而文献报道[17]为0.00838; 但是24个Y-STR基因座平均突变率为2.0833‰ , 与文献报道[20]德克萨斯州的非裔美国人、高加索人、 西班牙人的总突变率相似;

表1 AGCU-24Y-STR荧光复合直接扩增试剂盒各Y-STR基因座基本信息
表2 湖北汉族24个Y-STR基因座的等位基因频率及基因多样性(n=320)
表3 湖北汉族24个Y-STR基因座的突变次数、突变率及95%可信区间
表4 湖北汉族24个Y-STR基因座的突变等位基因表

(2)10个Y-STR基因座均表现为单个基因突变, 未见同时2个Y-STR基因座以上突变; (3)父子间Y-STR突变表现等位基因增加与减少的比例为1∶ 1, 此特征与文献报道[20, 21]的浙江汉族、美国德克萨斯州的非裔美国人、高加索人、 西班牙人的突变特征相似; 与中国广东汉族Y-STR突变不一致[10]; (4)10个Y-STR基因座显示一步突变多见13次, 占81.25%; 两步突变以上出现3次, 占18.75%, 与文献报道[20, 21]相比, 概率相对较高, 可能与本研究所选取样本数量相对较少有关, 应大于500对父子样本为宜; (5)突变发生与Y-STR基因座的片段长度、核心重复单位的重复数有密切关系。本文报道10个Y-STR基因座片段长度大于100bp, ; 核心重复序列的重复数均大于10, 其中重复序列大于20以上的有12例, 重复数在20以下有4例; 在DYS527、DYS385多拷贝基因座上; 仅DYS447基因座为五核苷酸STR基因座外, 余突变Y-STR基因座均为四核苷酸STR。

综上所述, 联合使用24个Y-STR基因座在湖北汉族人群中具有很高的分辨能力, 法医学应用价值极大。

The authors have declared that no competing interests exist.

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