鲁西汉族人群19个常染色体STR基因座的遗传多态性研究

引用本文

张磊, 孙璐. 鲁西汉族人群19个常染色体STR基因座的遗传多态性研究[J].刑事技术, 2019,44(2):113-116
ZHANG Lei, SUN Lu. Genetic Polymorphism of 19 Autosomal STR Loci of Han Population in Western Shandong Area[J]. Forensic Science and Technology,2019,44(2): 113-116 复制到剪切板

Doi: 10.16467/j.1008-3650.2019.02.005
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《刑事技术》编辑部

鲁西汉族人群19个常染色体STR基因座的遗传多态性研究

张磊, 孙璐

聊城市公安局刑科所,山东聊城 252000

第一作者简介：张磊,男,山东茌平人,学士,主检法医师,主要从事法医物证检验工作。E-mail:zl308483@sina.com.cn

摘要

目的调查19个常染色体STR基因座在鲁西地区汉族中的等位基因分布,并研究其法医学应用价值。方法对鲁西地区汉族506例无血缘关系个体,采用GoldenEye试剂盒进行检测,电泳后使用Genemapper ID v3.2软件进行分析,获取其19个基因座的数据资料。结果 19个常染色体STR基因座的累积个体识别能力（CDP）为1-4.913 858×10^-20,累积非父排除率（CPE）为1-7.619 621×10^-9。结论 19个常染色体STR基因座在鲁西汉族人群中呈高度多态性,对法医学亲子关系鉴定具有较大价值,对法医物证检验与研究具应用价值。

关键词: 法医遗传学; 遗传多态性; STR分型检测; STR基因座; 鲁西地区汉族

中图分类号:DF795.2 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2019)02-0113-04

Genetic Polymorphism of 19 Autosomal STR Loci of Han Population in Western Shandong Area

ZHANG Lei, SUN Lu

Institute of Criminal Science and Technology of Liaocheng Public Security Bureau, Liaocheng 252000, Shandong, China

Abstract

Objective To investigate the allelic distribution of 19 autosomal STR loci among Han population in western Shandong provincial area and explore its forensic value.Methods 19 autosomal STR (D8S1179, D21S11, D18S51, vWA, D3S1358, FGA, TH01, D5S818, D13S317, D7S820, CSF1PO, D16S539, TPOX, D2S1338, D19S433, PentaD, PentaE, D6S1043, D12S391) genotypes of 506 unrelated individuals from Han population in western Shandong area were detected by GoldenEye kit and analyzed with Genemapper ID v3.2 software after electrophoresis, with their genetic parameters being calculated.Results The 19 autosomal STR loci conform to Hardy-Weinberg equilibrium ( P >0.05), with the cumulative discriminative power (CDP) being 1-4.913858×10^-20 and the combinatorial PE (CPE) as 1-7.619621×10^-9.Conclusions The 19 autosomal STR loci are highly polymorphic in Han population among the western Shandong area, showing great value in paternity test and applicability for forensic identification.

Key words: forensic genetics; genetic polymorphism; STR typing; STR loci; Han population of western Shandong area

文章图片

短串联重复序列（short tandem repeats, STR）是法医物证鉴定中应用最广泛的长度多态性遗传标记^[1]。其重复序列短, 仅2~6 bp; 重复次数少, 一般在10~60次; 序列总长度较短, 等位基因序列长度多在400 bp以下; 在基因组中分布广泛, 平均每10 kb出现一个^{[2, 3, 4]}。因为STR基因座杂合子个体的二个等位基因大小比较相近, 故其适合于PCR扩增而少有优先扩增的问题出现。STR基因座分析方法简便、判型准确, 分型程序明确、规范, 分型结果图形简单, 更使其有利于实现DNA分型的标准化和自动化, 有利于DNA分型数据的计算机存储与联网检索, 因此, 在法医学个体识别中应用非常普遍^{[5, 6, 7]}。

1 材料与方法

1.1 样本来源

按知情同意原则, 从鲁西地区全部乡镇选取506名汉族无关个体并采集其样本, 以血卡形式保存。

1.2 DNA提取和PCR扩增

使用Chelex-100法提取DNA, 采用GoldenEye试剂盒（基点认知公司）以9700型PCR扩增仪（美国AB公司）, 对D8S1179、D21S11、D18S51、vWA、D3S1358、FGA、TH01、D5S818、D13S317、D7S820、CSF1PO、D16S539、TPOX、D2S1338、D19S433、PENTA_D、PENTA_E、D6S1043、D12S391等共19个STR基因座进行扩增。扩增体系为10 μ L, 其中提取产物1μ L, 热循环条件：96 ℃、2 min; 94 ℃、5 s, 60 ℃、70 s, 循环30次; 60 ℃、30 min。

1.3 STR分型

取1 μ L PCR产物加入含10 μ L甲酰胺和0.3 μ L内标的混合液中, 在3130xL型遗传分析仪（美国AB公司）上进行毛细管电泳。使用GeneMapper ID v3.2软件进行分型。

1.4 统计学分析

所取19个常染色体STR基因座的基因型观察值和期望值, 经$x^{2}$检验（$x^{2}$=∑ [(fo-fc)2/fc]）, 所有基因座均无显著性差异（P > 0.05）, 符合Hardy-Weinberg平衡。19个STR基因座在鲁西地区汉族中的杂合度（heterozygotes, He）、个体识别能力（probability of discrimination, DP）、多态性信息含量（polymorphism information content, PIC）、非父排除率PE（probability of exclusion, PE）等见表1。各基因座等位基因频率分布见表2。

表1 19个STR基因座群体遗传学参数（n=506） Table 1 Population genetic parameters of 19 STR loci (n=506)

表2 鲁西汉族人群19个STR基因座等位基因频率分布（n=506） Table 2 Allelic frequency distribution of 19 STR loci of Han population in western Shandong area (n=506)

D8S1179					D21S11_1						D18S51_1						vWA_1
A	C		F		A		C		F		A		C		F		A		C		F
10	49		0.096 838		27		4		0.007 905		9		1		0.001 976		13		2		0.003 953
11	33		0.065 217		28		17		0.033 597		11		1		0.001 976		14		122		0.241 107
12	54		0.106 719		28.2		4		0.007 905		12		20		0.039 526		15		20		0.039 526
13	139		0.274 704		29		124		0.245 059		13		112		0.221 344		16		90		0.177 866
14	107		0.211 462		29.2		2		0.003 953		14		92		0.181 818		17		114		0.225 296
15	80		0.158 103		30		149		0.294 466		15		69		0.136 364		18		109		0.215 415
16	36		0.071 146		30.2		9		0.017 787		16		75		0.148 221		19		39		0.077 075
17	6		0.011 858		30.3		2		0.003 953		17		35		0.069 17		20		10		0.019 763
18	2		0.003 953		31		54		0.106 719		18		28		0.055 336				506		1
	506		1		31.2		46		0.090 909		19		22		0.043 478		D5S818
D3S1358_1					32		10		0.019 763		20		19		0.037 549		A		C		F
A	C		F		32.2		66		0.130 435		21		12		0.023 715		7		9		0.007 905
12	2		0.003 953		33		1		0.001 976		22		12		0.023 715		8		2		0.250 988
13	1		0.001 976		33.2		16		0.031 621		23		5		0.009 881		9		25		0.154 15
14	17		0.033 597		34.4		1		0.001 976		24		2		0.003 953		10		109		0.116 601
15	182		0.359 684		35		1		0.001 976		25		1		0.001 976		11		178		0.247 036
16	179		0.353 755				506		1				506		1		14		4		0.005 929
17	93		0.183 794		FGA_1						TH01_1						15		2		0.003 953
18	27		0.053 36		A		C		F		A		C		F				506		1
19	4		0.007 905		17		3		0.005 929		6		54		0.106 719		D16S539
20	1		0.001 976		18		7		0.013 834		7		121		0.239 13		A		C		F
	506		1		19		20		0.039 526		8		27		0.053 36		8		3		0.005 929
					20		29		0.057 312		9		269		0.531 621		9		142		0.280 632
					21		41		0.081 028		9· 3		26		0.051 383		10		63		0.124 506
D13S317						FGA_1						TH01_1						D16S539
A		C		F		A		C		F		A		C		F		A		C	F
7		4		0.007 905		21.2		1		0.001 976		10		9		0.017 787		11		136	0.268 775
8		127		0.250 988		22		70		0.138 34				506		1		12		11	0.219 368
9		78		0.154 15		22.2		2		0.003 653		CSF1PO						13		46	0.090 909
10		59		0.116 601		23		109		0.215 415		A		C		F		14		5	0.009 881
11		125		0.247 036		23.2		8		0.015 81		8		78		0.154 15				506	1
12		84		0.166 008		24		123		0.243 083		9		28		0.055 336		D7S820
13		26		0.051 383		24.2		4		0.007 905		9.1		1		0.001 976		A		C	F
14		3		0.005 929		25		58		0.114 625		10		94		0.185 771		8		78	0.154 15
		506		1		25.2		4		0.007 905		11		168		0.332 016		9		28	0.055 336
D2S1338						26		16		0.031 621		12		115		0.227 273		9.1		1	0.001 976
A		C		F		27		9		0.017 787		13		20		0.039 526		10		94	0.185 771
16		5		0.009 881		28		2		0.003 953		14		2		0.003 953		11		168	0.332 016
17		29		0.057 312				506		1				506				12		115	0.227 273
18		56		0.110 672		TPOX_1						PENTA_D						13		20	0.039 526
19		71		0.140 316		A		C		F		A		C		F		14		2	0.003 953
20		51		0.100 791		7		2		0.003 953		6		2		0.003 953				506	1
21		12		0.023 715		8		242		0.478 261		7		2		0.003 953		PENTA_E
22		27		0.053 36		9		73		0.138 34		8		18		0.035 573		A		C	F
23		136		0.268 775		10		15		0.029 644		9		158		0.312 253		5		31	0.061 265
24		79		0.156 126		11		164		0.324 111		10		58		0.114 625		6		1	0.001 976
25		31		0.061 265		12		12		0.023 715		11		83		0.164 032		7		4	0.007 905
26		4		0.007 905		13		1		0.001 976		12		89		0.175 889		8		7	0.013 834
27		2		0.003 953				506		1		13		66		0.130 435		9		7	0.013 834
28		3		0.005 929		D6S1043						14		26		0.051 383		10		21	0.041 502
		506		1		A		C		F		15		4		0.007 905		11		60	0.118 577
D19S433						9		1		0.001 976				506		1		12		56	0.110 672
A		C		F		10		18		0.035 573		D12S391						13		26	0.051 383
11		1		0.001 976		11		46		0.090 909		A		C		F		14		41	0.081 028
12		20		0.039 526		12		64		0.126 482		15		11		0.021 739		15		43	0.084 98
12.2		5		0.009 881		13		69		0.136 364		16		2		0.003 953		16		51	0.100 791
13		148		0.292 49		14		63		0.124 506		17		40		0.079 051		17		44	0.086 957
13.2		19		0.037 549		15		8		0.015 81		18		135		0.266 798		18		43	0.084 98
14		140		0.276 68		16		1		0.001 976		19		117		0.231 225		19		17	0.033 597
14.2		54		0.106 719		17		20		0.039 526		20		79		0.156 126		20		22	0.043 478
15		20		0.039 526		18		86		0.169 96		21		57		0.112 648		21		17	0.033 597
15.2		73		0.144 269		19		97		0.191 7		22		33		0.065 217		22		6	0.011 858
16		1		0.001 976		20		23		0.045 455		23		20		0.039 526		23		6	0.011 858
16.2		21		0.041 502		21		9		0.017 787		24		8		0.015 81		24		1	0.001 976
17.2		4		0.007 905		21.3		1		0.001 976		25		3		0.005 929		25		2	0.003 953
		506		1				506		1		27		1		0.001 976				506	1
														506		1

注：A：等位基因, C：观察到的数, F：频率

表2 鲁西汉族人群19个STR基因座等位基因频率分布（n=506） Table 2 Allelic frequency distribution of 19 STR loci of Han population in western Shandong area (n=506)

2 结果

He、DP、PIC、PE通常用来衡量遗传标记的多态性程度及其在法医学中的应用价值, 本实验统计结果表明所选取的19个STR基因座在鲁西汉族人群中基因频率分布符合Hardy-Weinberg平衡^[8]（P> 0.05）。Gill^[9]研究发现DP> 0.9、PE> 0.5的基因座具有高鉴别力, 本文19个基因座中FGA、D5S818、D13S317、D16S539、D2S1338、PENTA_D、PENTA_E、D6S1043因其DP值分别为0.963、0.953、0.995、0.944、0.91、0.923、0.941、0.924, 即均大于0.9, 而PE值分别为0.736、0.726、0.600、0.717、0.683、0.596、0.714、0.697, 也均高于0.5, 故可归属为高鉴别力基因座; 其余基因座则未达到该要求。He值在0.572-0.901之间, 说明在该群体内有明显遗传差异; PIC值在0.632-0.882之间, 均大于0.5, 显示这些基因座的多态性相对较好。经计算, 该19个常染色体STR基因座的累积识别能力（CDP）为1-4.913 858× 10^-20=0.999 999 999, 累积非父排除率（CPE）为1-7.619 621× 10^-9=0.999 999 992, 说明这19个基因座对法医遗传学个体识别有重要的基础性支撑作用^[10]。

3 讨论

本文19个常染色体STR基因座的累积个体识别能力（CDP）为1-4.913 858× 10^-20, 表明其有极高的鉴别能力; 2011年公安部《法庭科学DNA亲子鉴定规范》对法庭科学DNA实验室三联体亲子鉴定规定, 遗传标记累积排除概率应不小于0.9999。而本研究中这19个STR基因座CPE为1-7.619 621× 10^-9=0.999 999 992, 也高于该标准要求^{[11, 12]}。若其它指标也符合规范, 其就完全适用于三联体的亲子鉴定。根据所得群体遗传学数据, 该19个基因座构成的检测系统在鲁西地区汉族人群中具有高度多态性, 适合该群体的个体识别、亲权鉴定以及DNA数据库建立。这些数据可以作为群体遗传学关于鲁西地区汉族群体的有效补充。在常染色体DNA鉴定中, 发现1~2个基因座不符合相应的遗传学定律时, 应考虑存在突变的情况, 此时各常染色体STR基因座的突变率可作为重要的计算参考参数。对本文19个常染色体STR 基因座的突变频率将有后续研究。

本研究选择收集包括本实验室及其他研究者所调查的Goldeneye试剂盒19个STR基因座的等位基因频率, 探讨了鲁西汉族人群的遗传多态性及其与另外20个比较群体之间的遗传关系。遗传距离是评价群体间或物种间遗传差异或遗传分化的重要参数^[13], 本研究计算DA遗传距离（图1）显示, 在13个汉族比较人群中, 鲁西汉族与长春汉族的遗传距离最近（0.0153）, 其次与山西汉族、浙江汉族的距离较近（0.0160, 0.0161）, 而与大庆汉族的遗传距离最远（0.0390）。在7个少数民族人群中, 鲁西汉族与新疆维吾尔族的遗传距离相对较近（0.0322）, 与广西苗族的遗传距离相对最远（0.0433）。从总体来看, 根据Goldeneye试剂盒中的19个STR基因座计算的遗传距离与各民族群体的形成历史较一致, 说明常染色体STR遗传标记在民族间遗传距离和基因漂变的评价中有其价值。

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	图1 21个人群Neighbor-Joining系统发育树Fig.1 Phylogenic relationship among 21 ethnic groups

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

文献选项

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[11]	郭剑章, 路志勇, 俞丽娟, 等. 北京汉族21个STR基因座的群体遗传学调查与法医学应用评价[J]. 刑事技术, 2010, 6(1) : 13-16. [本文引用:1]
[12]	伍新尧, 童大跃, 朱运良, 等. 用STR分型技术作亲权鉴定时判断标准的研究[J]. 中山大学学报(医学科学版), 2010, 31(1) : 1-6. [本文引用:1]
[13]	SHRIVER M D, JIN L, BOERWINKLE E, et al. A novel measure of genetic distance for highly polymorphic tand em repeat loci[J]. Molecular Biology & Evolution , 1995, 12(5): 914-920. [本文引用:1]

0.0

... 短串联重复序列（short tandem repeats,STR）是法医物证鉴定中应用最广泛的长度多态性遗传标记^[1] ...

2001

0.0

... 在基因组中分布广泛,平均每10 kb出现一个^[2,3,4] ...

1995

0.0

... 在基因组中分布广泛,平均每10 kb出现一个^[2,3,4] ...

2013

0.0

... 在基因组中分布广泛,平均每10 kb出现一个^[2,3,4] ...

2004

0.0

... STR基因座分析方法简便、判型准确,分型程序明确、规范,分型结果图形简单,更使其有利于实现DNA分型的标准化和自动化,有利于DNA分型数据的计算机存储与联网检索,因此,在法医学个体识别中应用非常普遍^[5,6,7] ...

2011

0.0

2013

0.0

1994

0.0

... 2 结果He、DP、PIC、PE通常用来衡量遗传标记的多态性程度及其在法医学中的应用价值,本实验统计结果表明所选取的19个STR基因座在鲁西汉族人群中基因频率分布符合Hardy-Weinberg平衡^[8]（P #cod#x0003E ...

1996

0.0

... Gill^[9]研究发现DP#cod#x0003E ...

2003

0.0

... 999 999 992,说明这19个基因座对法医遗传学个体识别有重要的基础性支撑作用^[10] ...

2010

0.0

... 999 999 992,也高于该标准要求^[11,12] ...

2010

0.0

伍新尧, 童大跃, 朱运良, 等. 用STR分型技术作亲权鉴定时判断标准的研究[J]. 中山大学学报(医学科学版), 2010, 31(1) : 1-6.

【目的】探讨STR分型技术作亲权鉴定时,判断是否存在亲生关系的标准 &# 65377; 【方法】采用二项式分布定律P(m) =(1-π)n-m πm计算亲权鉴定时理论上应该检测的STR基因座数量,并用实际检案检验 &# 65377;【结果】确定以下的判断标准 &# 65377;三联体案:在累积PI值超过10 000的前提下,①最少检测15个STR基因座(单个基因座非父排除率≥0.571 4),若争议父子之间没有发现不符合遗传规律基因座(简称为矛盾基因座,下同);或②检测19个基因座只出现1个矛盾基因座;或③检测28个基因座,只发现2个矛盾基因座;或④检测35个或更多基因座,只发现3个矛盾基因座,作出“肯定亲生关系”的结论;若出现4个矛盾STR基因座,则作出“否定亲生关系”的结论 &# 65377;单亲案:在累计PI值≥10 000前提下,① 至少检测18个基因座(单个基因座非父排除率≥0.411),没有发现矛盾;或②检测29个以上,只发现1个矛盾基因座;或③检测41个或更多基因座,只有2个矛盾基因座,作出 “不排除亲生关系”的结论;如果出现3个或3个以上矛盾STR基因座,则作出“否定亲生关系”的结论 &# 65377;本实验室实际检案表明合理 &# 65377; 【结论】上述判断是否存在亲生关系标准符合科学 &# 65380;公正原则,值得推广应用 &# 65377;

... 999 999 992,也高于该标准要求^[11,12] ...

1995

0.0

... 遗传距离是评价群体间或物种间遗传差异或遗传分化的重要参数^[13],本研究计算DA遗传距离（图1）显示,在13个汉族比较人群中,鲁西汉族与长春汉族的遗传距离最近（0 ...