天津汉族群体D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座遗传多态性的研究*

史云芳 孙 璐 李 岩 李晓洲 张秀玲 张 颖 岳天孚

天津汉族群体D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座遗传多态性的研究*

史云芳 孙 璐 李 岩 李晓洲 张秀玲 张 颖△岳天孚

目的：研究天津汉族群体21号染色体上D21S11、D21S1440和Penta D 3个短串联重复序列（STR）基因座遗传多态性，为唐氏综合征（DS）基因诊断和产前基因诊断提供实验依据。方法：收集天津无亲缘关系的汉族个体332例，定量荧光PCR（QF-PCR）扩增STR基因座，ABI PRISM 377测序仪检测PCR扩增产物。根据3个STR基因座的基因型分布进行Hardy-Weinberg平衡检验。计算3个STR基因座的基因型频率、观察杂合度（Ho）、多态信息量（PIC）、个体识别率（DP）、非父排除率（PE）等群体遗传学数据。结果：D21S11、D21S1440和Penta D 3个STR基因座分别检出6、4、8个等位基因，基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡定律。3个基因座的Ho分别为0.617、0.705、0.867，PIC分别为0.755、0.596、0.795，DP分别为0.916、0.794、0.931，PE分别为0.312、0.436、0.730。结论：D21S11、D21S1440和Pen⁃ta D STR基因座在天津汉族群体杂合度高，是21号染色体良好的遗传标记，对DS的基因诊断有指导意义。

串联重复序列 唐氏综合征 多态现象，遗传 聚合酶链反应 天津 D21511 D215144 Penta D

短串联重复序列（short tandem repeat，STR）是一种以2~6个核苷酸为重复单位组成的简单串联重复基因片段，广泛分布在各种真核生物基因组中。国内外常采用聚合酶链反应（PCR）检测与21号染色体相关的STR基因座进行唐氏综合征（Down syn⁃drome，DS）的基因诊断。但STR的基因频率和杂合度有地区和种族差异，用于基因诊断时必须筛选出本地区杂合度高的STR基因座。本实验研究天津汉族群体21号染色体上D21S11、D21S1440和Penta D 3个STR基因座的遗传多态性，为DS基因诊断和产前基因诊断提供实验依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象 收集2003年9月—2007年12月在天津医科大学总医院妇产科优生遗传门诊进行遗传咨询、染色体核型分析正常且无亲缘关系的天津汉族个体332例，其中男164例，女168例，年龄20~43岁。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取 静脉取血2 mL，EDTA抗凝，采用盐析法提取DNA。根据NCBI的UiSTS数据库（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/unists）和文献[1]，选择D21S11、D21S1440和Penta D 3个STR基因座。正向引物5'端均由荧光染料5-羧基-荧光素（caboxyfluorescein-5-succimidyl ester，FAM）标记，引物序列由北京鼎国生物技术有限责任公司合成，见表1。

Table 1 The characters of STR loci D21S11,D21S1440 and Penta D表1 D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座特征

1.2.2 荧光定量PCR（QF-PCR）扩增及产物检测 PCR反应体系 25 μL，1×PCR buffer，dNTPs 0.2 mmol/L，模板 DNA约0.6 ng，引物浓度为 0.12 μmol/L。PCR 扩增条件：预变性95 ℃ 2 min；变性95 ℃ 30 s，退火59 ℃ 30 s，延伸72 ℃ 1 min，共32个循环；延伸72℃ 5 min后60℃保温30 min，4℃保存。PCR反应结束后，4%聚丙烯酰胺凝胶电泳检测扩增产物，ABI PRISM 377自动测序仪扫描电泳图，用GeneScan 3.1软件和Binthere软件进行数据提取、分析。

1.3 统计学方法 直接计数法观察各位点的等位基因频率，观察到的基因型频率用SPSS 13.0软件进行分析，验证是否符合Hardy-Weinberg平衡定律。采用PowerStatsV12软件进行统计分析，分别计算3个STR基因座的观察杂合度（heterozy⁃gosity of observation，Ho）、多态信息量（polymorphism informa⁃tion content，PIC）、个体识别率（probability of discrimination power，DP）和非父排除率（probability of exclusion，PE）等群体遗传学数据。

2 结果

2.1 3个基因座基因频率分布 332例样本均扩增成功。D21S11 STR基因座共发现6种等位基因，等位基因片段长度分别为220、224、228、232、236、240 bp，由小到大依次命名为1~6。D21S1440 STR基因座共发现4种等位基因，等位基因片段长度分别为157、160、163、166 bp，由小到大依次命名为 1~4。Penta D STR基因座共发现8种等位基因，等位基因片段长度分别为398、403、408、413、418、423、428、433 bp，由小到大依次命名为1~8，见表2、图1。

Table 2 The allele frequencies of D21S11,D21S1440 and Penta D STR loci表 2 D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座等位基因频率

Figure 1 The allele ladders of D21S11,D21S1440 and Penta D STR loci图1 D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座等位基因分型标准阶梯

2.2 Hardy-Weinberg平衡检验 对D21S11、D21S 1440和Penta D 3个STR基因座的基因型分布进行检验，其基因型观察值与期望值吻合良好（χ2分别为336.00、90.00、648.00，均P>0.05），基因型分布符合Hardy-Weinberg平衡定律。各基因座基因型分布见表3~5。

Table 3 Genotype frequencies of STR locus D21S11表3 D21S11 STR基因座的基因型分布

Table 4 Genotype frequencies of STR locus D21S1440表4 D21S1440 STR基因座的基因型分布

2.3 遗传多态性统计 天津汉族群体D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座Ho、PIC、DP和PE等群体多态性数据见表6。

3 讨论

STR又称微卫星、简单重复序列（Simple se⁃quence repeats，SSRs），在人类基因组中分布较广，具有信息量大、易于检测、高度多态性并遵循孟德尔共显性遗传等特点，广泛用于基因作图、筛选目的基因、遗传病连锁分析、群体遗传学研究、法医个体识别、亲权鉴定及器官移植等方面。自从1993年Mansfield等首次报道利用荧光定量PCR扩增STR基因座诊断染色体数目异常以来，国内外已有较多研究将STR基因座用于产前诊断[2-3]。但STR基因座的基因频率和杂合度因群体、地域不同而不同，只有筛选出杂合度高、多态信息量大的STR基因座，才有可能对DS进行基因诊断和产前基因诊断。本研究从Genbank中选择21号染色体DS关键区内部及附近的3个STR基因座进行研究，为建立适合天津汉族群体的DS快速基因诊断和产前基因诊断方法提供实验依据。目前少见天津汉族群体D21S1440的遗传多态性数据。

Table 5 Genotype frequencies of STR locus Penta D表5 Penta D STR基因座的基因型分布

Table 6 The genetic polymorphism parameters of 3 STR loci表6 3个STR基因座遗传多态性参数

Demeter等[4]研究罗马尼亚特兰西瓦尼亚地区2个匈牙利人群D21S11基因座的遗传多态性，分别发现15和14个等位基因片段，其Ho、PIC、DP和PE分别为0.838 1和0.911 0、0.840 7和0.837 1、0.961 4和0.950 6、0.671 6和0.817 9。Okamoto等[5]发现在日本人群中D21S11基因座有12个等位基因，其Ho、PIC、DP和PE分别是0.740 1、0.744 7、0.916 8和0.493 0。西安[6]和浙江[7]汉族人群中D21S11基因座分别检出12和17个等位基因，其Ho、PIC、DP和PE分别是0.849 8和0.824、0.796 9和 0.83、0.943 2和 0.947、0.645（浙江）。本研究中D21S11 STR基因座发现6个等位基因，天津汉族群体D21S11 STR基因座Ho为0.617，略低于文献报道，可能与人种间及地区间基因的分布不同有关。DP值为0.916，接近文献报道。PE值为0.312，略低于文献报道。值得注意的是天津汉族群体D21S11 STR基因座PIC较高，为0.755，适用于个体识别的研究。

D21S1440 STR基因座国内外文献报道较少见。刘世明等[8]研究21号染色体上8个STR基因座的遗传多态性，发现D21S1440基因座有5个等位基因片段，其中Ho和PIC分别为0.548 4和0.458 2。本研究中天津汉族群体D21S1440 STR基因座检出4个等位基因，Ho为 0.705，PIC为 0.596，DP为0.794，PE为0.436，满足Ho＞ 0.70的要求，是Ho较高的STR基因座，可以用于DS的基因诊断。

Penta D STR基因座在日本人[5]中Ho为0.768 4，PIC为0.774 2，DP为0.932 2，PE为0.541 7。北京[9]、河南[10]地区Penta D基因座分别发现15和9个等位基因，Ho、PIC、DP和 PE 分别为 0.813 9和 0.824 1、0.787 8和 0.771 0、0.931 7和 0.924 0、0.634 9和0.632 5。Penta D基因座在本研究中检出8个等位基因，Ho为 0.867，PIC 为 0.795，DP为 0.931，PE 为0.730，与以上文献报道基本一致。结果表明Penta D STR基因座具有很高的多态信息量，是DS基因诊断和个体识别的首选基因座。

本研究发现21号染色体上D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座在天津汉族群体中有较高的杂合度，是21号染色体良好的遗传标记。联合笔者早期研究的D21S1411和D21S1413基因座[11]，可用于DS的基因诊断和产前基因诊断，从而有效地预防DS患儿的出生。后续研究还将筛选13、18、X、Y染色体上的STR基因座，诊断这些染色体的数目异常。

[1]Bhoopat T,Steger HF.STR loci Penta D and Penta E:data from a Northern Thai population sample[J].Leg Med(Tokyo),2004,6(3):174-177.

[2]Faas BH,Cirigliano V,Bui TH.Rapid methods for targeted prenatal diagnosis of common chromosome aneuploidies[J].Semin Fetal Neo⁃natal Med,2011,16(2):81-87.

[3]徐爱群，边旭明，刘俊涛，等.多重荧光定量PCR方法的建立及其在快速产前诊断中的应用[J].中华妇产科杂志，2010，45（7）：481-487.

[4]Demeter SJ，Kelemen B，Szekely G，et al.Genetic variation at 15 polymorphic，autosomal，short tandem repeat loci of two Hungarian populations in Transylvania，Romania[J].Croat Med J，2010，51(6):515-523.

[5]Okamoto O，Yamamoto Y，Inagaki S，et al.Analysis of short tandem repeat(STR)polymorphisms by the powerplex 16 system and capil⁃lary electrophoresis:application to forensic practice[J].Acta Med Okayama，2003，57(2):59-71.

[6]邬晋芳，罗莉，余兵，等.21号染色体上STR位点的遗传多态性研究[J].中国妇幼健康研究，2009，20（1）：21-23.

[7]陈雁，朱宇宁，吕时铭，等.浙江省汉族人群18-STR基因座的分型资料及其应用[J].中山大学学报（医学科学版），2010，31（1）：122-128.

[8]刘世明，王晓勤，余满堂.青海藏族群体8个STR位点遗传多态性研究[J].青海医学院学报，2008，29（2）：153-155.

[9]刘雅诚，焦章平，唐晖，等.北京地区汉族人群Penta E、Penta D遗传多态性[J].中国法医学杂志，2001，16（2）：95.

[10]刘秋玲，陆惠玲，吕德坚，等.中国5个汉族群体Penta D和Penta E基因座的遗传多态性[J].法医学杂志，2003，19（1）：14-26.

[11]李晓洲，王侃，史云芳，等.天津地区D21S1411和D21S1413 2个STR基因座遗传多态性的研究[J].中国优生与遗传杂志，2009，17（8）：11-12.

Genetic Polymorphisms of STR Loci D21S11，D21S1440 and Penta D in Tianjin Han Population

SHI Yunfang,SUN Lu,LI Yan,LI Xiaozhou,ZHANG Xiuling,ZHANG Ying,YUE Tianfu

Department of Obstetrics and Gynecology,General Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin 300052,China

Objective:To investigate the genetic polymorphisms of 3 short tandem repeat(STR)loci D21S11，D21S1440 and Penta D on chromosome 21 in Tianjin Han population and to provide basic data for the use of 3 STR loci in gene diagnosis and prenatal gene diagnosis of Down syndrome(DS).Methods:Blood samples were collected from 332 unre⁃lated individuals of Tianjin Han population.QF-PCR and ABI PRISM 377 DNA sequencer were used.The frequencies of the genotypes were tested with Hardy-Weinberg equilibrium.Genetic analysis was performed to conclude some data of popula⁃tion genetics such as the frequency of the alleles，the heterozygosity of observation(Ho)，the polymorphism information content(PIC)，the probability of discrimination power(DP)and the probability of exclusion(PE).Results:Six,four and eight alleles of D21S11，D21S1440 and Penta D were observed respectively.The frequencies of the genotypes were in good agreement with Hardy-Weinberg equilibrium.The Ho of 3 STR loci were 0.617,0.705 and 0.867.The PIC were 0.755,0.596 and 0.795.The DP were 0.916,0.794 and 0.931.The PE were 0.312,0.436 and 0.730.Conclusion:D21S11，D21S1440 and Penta D STR loci had high heterozygosity in Tianjin Han population,which were good genetic markers of chromosome 21 and can be used in gene diagnosis and prenatal gene diagnosis of DS.

tandem repeat sequences down syndrome polymorphism,genetic polymerase chain reaction TIAN⁃JIN D21511 D215144 Penta D

10.3969/j.issn.0253-9896.2012.08.001

*天津市科技攻关课题（项目编号：06YFSYSF01800）；天津市教委资助课题（项目编号：20050229）

300052 天津医科大学总医院妇产科（史云芳，李岩，李晓洲，张秀玲，张颖，岳天孚）；天津市中心妇产科医院（孙璐）

△通讯作者 E-mail：tjzyyzy@yahoo.com.cn

（2012-02-06收稿 2012-04-14修回）

（本文编辑 李鹏）

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