中国大陆地区汉族15个常染色体STR基因座的突变分析

2015-02-17 02:51刘志鹏
关键词:突变率等位基因

赵 琢, 张 捷, 柳 明, 刘志鹏, 王 华,

孙 俐1, 翟自芹1

(1.天津出入境检验检疫局工业产品安全技术中心,天津 300308;

2.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心,北京 100026)



中国大陆地区汉族15个常染色体STR基因座的突变分析

赵琢1,张捷2,柳明1,刘志鹏1,王华1,

孙俐1,翟自芹1

(1.天津出入境检验检疫局工业产品安全技术中心,天津300308;

2.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心,北京100026)

摘要目的 调查中国大陆地区汉族15个常染色体STR基因座(CSF1PO,D13S317,D16S539,D18S51,D19S433,D21S11,D2S1338,D3S1358,D5S818,D7S820,D8S1179,FGA,TH01,TPOX,vWA)的突变模式及突变率。方法 采用PrepFilerTM法医学DNA提取试剂盒、AmpFlSTR®Ientifiler®PCR扩增试剂盒检测19 037个三联体,根据等位基因突变的来源确定其突变模式并计算各基因座的突变率。结果 在15个基因座中共观察到750例突变,且每个基因座均发现有突变个例;其中一步突变约占总突变的65%,二步突变约占18%,三步突变约占8%,四步突变约占2%;另外还观察到53例非整步突变,约占总突变的7%。每个基因座表现出的突变率各不相同,其中D13S317的突变率最高(5.97‰),而TPOX的突变率最低(0.53‰)。

关键词STR; 等位基因; 突变率; 突变模式

0引言

短串联重复序列(Short Tandem Repeat,STR)由于其高度的多态性,是在法医学鉴定、个体识别和遗传连锁分析中应用最广泛的遗传标记[1-6]。目前法医学鉴定中使用的STR基因座普遍多态性高,个体识别能力强,但同时突变率相对也较高[1, 7-10],因此在我国进行大样本量的STR基因座突变调查分析具有重大的理论意义和现实意义。近年来法医学鉴定中有关于STR基因座突变的报道大部分是对单亲亲子鉴定中出现突变的统计分析,获得的亲权指数相对较低;同时由于调查分析的样本量低,且观察到的突变个例较少[11-16],因此结论可信度不高,不能完全、真实地反映STR基因座在我国人群中的突变情况。本项目从42 416个亲权鉴定样本中筛选出19 037个三联体作为研究样本,选取15个常见的常染色体STR基因座进行STR基因座的突变分析,探讨STR基因座突变类型和突变率并总结其特点和规律。

1材料与方法

1.1 研究对象

42 416例亲子鉴定样本为2012年至2014年期间本实验室日常检测的样本,主要来自中国大陆地区的汉族人群,其中包含19, 037个标准三联体,本文进行的所有突变分析均以这些标准三联体为研究对象。本文要考察的15个STR基因座如下:CSF1PO,D13S317,D16S539,D18S51,D19S433,D21S11,D2S1338,D3S1358,D5S818,D7S820,D8S1179,FGA,TH01,TPOX,vWA。

1.2 方法

本研究样本均为血液样本。采用PrepFilerTM法医学DNA提取试剂盒对鉴定对象的血液样本进行基因组DNA的提取。采用AmpFlSTR®Ientifiler®PCR扩增试剂盒对15个STR基因座进行扩增,最后使用ABI PRISM®3130xl遗传分析仪对15个STR基因座进行遗传分析。

1.3 最小突变步数原则

如果亲代一方或双方存在突变可能,则将与新等位基因重复单位数相差最小的亲代基因作为突变基因;如果亲代一方或双方等位基因突变步数相等,则将与新等位基因重复单位结构最接近者作为突变基因。如果突变步数相等,结构相近,则为未知来源。本文中用于分析的突变均选用能够确认来源的突变。

2结果

2.1 突变率

19 037例三联体经过统计分析,共发现已知来源突变751例,15个基因座的突变率介于0.58‰~6.46‰(图1),其中突变率最高发生在D13S317基因座,为6.46‰;突变率最低发生在TPOX基因座,为0.58‰。通常法医学亲权鉴定中遗传标记的突变率要求低于10‰[17],尽管本研究中所有STR基因座的突变率均低于10‰,但像CSF1PO,D13S317,FGA,TH01等一些高频突变基因座应重点关注。

图1 15个STR基因座的突变率分析

STR基因座在不同等位基因观察到的突变个数见表1,基因座观察到突变的等位基因数介于5~11个;我们发现FGA发生突变的等位基因分布最广,多达11个;vWA发生突变的等位基因数最少,为5个。

表1 15个STR基因座发生突变等位基因的统计分析

2.2 突变模式及分布

目前,大多数学者认为STR基因座的突变模式是逐步突变(stepwise mutation model),主要为整个重复单位的获得和缺失,包括一步突变、二步突变、三步突变和四步突变,而非单个重复单位的增加和减少。本研究共发现487例一步突变,135例二步突变,58例三步突变,18例四步突变,53例非整步突变(见图2)。本研究中一步突变占比最高(65%),而两个或多于两个重复单位的突变则逐渐减少,这与先前的一些报道一致[11, 12, 14, 18-20],这提示我们多步突变可能是通过逐步突变形成的。

图2 STR基因座的突变模式及分布

本研究针对观察到的5种突变模式,对15个STR基因座发生的突变进行了统计分析,结果见图3。我们发现,非整步突变主要发生在CSF1PO,D19S433,D21S11,FGA,TH01 5个基因座上,在这其中又以D19S433发生的非整步突变最多(D19S433共观察到55例突变,其中25例为非整步突变,占比45.5%)。另外,D5SA818只观察到了一步突变和二步突变,D3S1358、D7S820、TPOX 3个基因座观察到了一步突变、二步突变和三步突变。其他基因座五种突变类型均有分布。

图3 15个STR基因座的突变分布

3讨论

3.1 STR基因座突变范围调查分析

本研究针对中国大陆地区汉族人群进行15个常染色体STR基因座的突变统计分析,涉及样本量将近2万个标准三联体。15个基因座均观察到突变,共计观察到751例已知来源突变;据我们所知,如此大范围、大样本量的STR基因座突变分析尚属首次,我们认为在此基础上进行的突变率及突变模式统计分析能够真实反映我国汉族人群的STR基因座突变情况。

3.2 STR基因座突变机制分析

理论上任何DNA区域都有可能发生突变,包括点突变、插入、获得、缺失等;STR基因座由于其短串联重复序列的特性,更加容易发生重复单位获得和缺失的突变,具有高度多态性;因此在理论上,STR基因座所有等位基因可能都是由一个最初的个体经过长时间进化而来[21]的。目前,大多数人认为有关STR基因座突变的机制是滑动错配所致。DNA在复制和合成过程中,合成链会和模板链分离,在STR核心重复区域出现错配现象,形成含有一个或几个重复单位的环状结构,导致新生链和模板链的长度不一致[22-24]。本研究中发现的突变及突变模式很好的印证了这一观点。除此之外,本研究还总共发现了53例非整步突变,这提示我们可能还存在有其他潜在的突变机制,这些还有待进一步研究。

3.3 法医学分析

在法医学鉴定、遗传分析尤其是亲权鉴定中,所使用的遗传标记都要求低突变率(低于0.1%);根据这一要求,要想在一些STR基因座中观察到突变,大约要检测将近1 000对亲子样本[25]。本研究共采集中国大陆地区19 037个标准三联体样本作为研究对象,综合分析了15个常染色体STR基因座的突变情况,且大部分STR基因座都符合每1 000次等位基因传递或生育时发生1~5个突变的情况,因此我们的研究比较完整地反映了中国汉族人群的STR基因座突变情况,数据真实可信。最后,我们希望本研究可以为法医学鉴定和遗传分析提供良好的理论依据,为实际工作提供更好的指导价值。

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(责任编辑陈小明)

作者简介赵琢(1978—), 男, 山西人, 博士, 高级工程师。

基金项目天津市检验检疫科技计划项目(TK049- 2013)。

中图分类号D918.4

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