北方汉族21个常染色体STR基因座和1个Y染色体STR基因座的群体遗传学调查

穆豪放，张 盾，殷才湧，王丽娜，张 博，王志争，王 建，陈 峰

（1.北京华大方瑞司法物证鉴定中心，北京101300；2.南京医科大学 法医系，江苏 南京210029）

鉴定实践
Forensic Practice

北方汉族21个常染色体STR基因座和1个Y染色体STR基因座的群体遗传学调查

穆豪放1，张 盾1，殷才湧2，王丽娜1，张 博1，王志争1，王 建1，陈 峰2

（1.北京华大方瑞司法物证鉴定中心，北京101300；2.南京医科大学 法医系，江苏 南京210029）

目的 分析中国北方汉族人群21个常染色体STR基因座和1个Y染色体STR基因座的遗传多态性，为个体识别和亲权鉴定提供遗传学数据。方法 用GlobalFilerR○PCR Amplification Kit荧光标记试剂盒对1 081例中国北方汉族无关个体的DNA进行PCR扩增，3500XL遗传分析仪电泳分析，用GeneMapperR○ID-X软件分析等位基因片段大小，用Modified-Powerstates.xls分析软件进行等位基因频率和法医学常用参数统计分析。结果 在中国北方汉族人群中，21个常染色体STR基因座的遗传多态性高，杂合度（H）分布在0.604～0.939之间，随机匹配率（MP）分布在0.007～0.206之间，个体识别力（PD）在0.794～0.993之间，非父排除率（PE）在0.296～0.875之间，典型父权指数（TPI）在1.26～8.19之间，多态性息含量（PIC）在0.55～0.94之间；DYS391基因座共检出6个等位基因，GD值为0.4158。结论 中国北方汉族人群21个常染色体STR基因座具有较高多态性，可以用于法医学亲权鉴定和个体识别，也可以用于人类学和遗传学研究。1个Y染色体STR基因座和1个Y-InDel遗传标记可以辅助判断被鉴定人性别。

法医遗传学；STR；等位基因频率；汉族人群

短串联重复序列（short tandem repeats，STR）在法医学中的应用已经十分广泛，是法医学个体识别和亲权鉴定常用的工具之一。美国Life Technologies公司在2012年底推出了GlobalFilerR○PCR Amplification Kit荧光标记试剂盒，包含了非CODIS系统STR基因座的D1S1656、D2S441、D10S1248、D22S1045、SE33等基因座，这些基因座在北方汉族人群中统计数据较少[1-3]，缺少部分稀有等位基因的基因频率。本研究采用该试剂盒对1 081例北方汉族无关个体的21个常染色体STR基因座和1个Y染色体STR基因座的遗传多态性进行了分析并评估了该试剂盒在个体识别及亲权鉴定案件中的应用。

1 材料与方法

1.1 样本

收集1 081例北方汉族无关个体的样本（男性789例，女性292例），均来自日常检案积累。

1.2 试剂

STR扩增试剂盒采用GlobalFilerR○PCR Amplification Kit荧光标记试剂盒（美国Life Tech公司），包括21个常染色STR基因座（CSF1PO、D1S1656、D2S441、D2S1338、D3S1358、D5S818、D7S820、D8S1179、D10S 1248、D12S391、D13S317、D16S539、D18S51、D19S433、D21S11、D22S1045、FGA、SE33、TH01、TPOX、vWA），1个Y染色体STR基因座（DYS391），1个Y染色体InDel二等位基因座和1个Amel性别基因座。

1.3 DNA提取

按照文献[4]，Chelex-100法提取基因组DNA。

1.4 PCR扩增

在9700型PCR扩增仪（美国Life Tech公司）上进行多重PCR扩增，PCR扩增体系为25μL。25μL扩增体系包含：Master Mix 7.5μL，Primer Set 2.5μL，DNA模板2.5μL以及去离子水12.5μL。热循环参数为：95℃1min；94℃10 s，59℃90 s，29个循环；60℃10min，4℃保存。

1.5 扩增片段的电泳分离与检测

取1μL PCR产物与0.3μLGeneScan 600 LIZ和9.0μL去离子甲酰胺混合，采用3500XL型遗传分析仪（美国Life Tech公司）进行毛细电泳检测，电泳结果数据使用GeneMapperR○ID-X软件进行基因型分析。

1.6 统计分析

对1 081例北方汉族无关个体的21个常染色STR基因座的分型数据采用Modified-Powerstates.xls软件进行统计分析，分别计算21个常染色STR基因座的等位基因频率、杂合度（H）、随机匹配率（PM）、个体识别率（DP）、非父排除率（PE）、典型父权指数（TPI）、多态信息含量（PIC），并进行 Handy-Weinberg平衡分析。

根据统计学分析，对Y染色体STR基因座（DYS391）等位基因频率采用直接计数法，基因多样性GD值按公式GD=（n/n-1）[1-∑（pi）2]（pi为各等位基因频率）计算[5]。

2 结果

2.1 北方汉族人群21个STR基因座的等位基因频率

北方地区汉族人群1 081例无关个体21个STR基因座的等位基因频率分布见表1，各STR基因座的基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡（P>0.05），21个STR基因座分别检出8~44个等位基因，基因频率在0.001~0.537。

2.2 北方汉族人群21个STR基因座的群体遗传学参数

北方汉族人群21个STR基因座的群体遗传学参数（见表2），杂合度（H）分布在0.604～0.939之间，随机匹配率（PM）分布在0.007～0.206之间，个体识别力（DP）在0.794～0.993之间，非父排除率（PE）在0.296～0.875之间，典型父权指数（TPI）在1.26～8.19之间，多态性息含量（PIC）在0.55～0.94之间；SE33基因座各项指标（除PM值外，PM值为最低）均为最高。21个STR基因座的CDP为 0.999999999 999999999，CPE为0.9999999977。

2.3 北方汉族人群DYS391基因座的等位基因频率与GD值

北方汉族人群DYS391基因座共检出6个等位基因，等位基因频率分布在 0.001~0.734，DYS391基因座的GD值为0.4158。

2.4 实际案例

有1例二联体亲权鉴定案例采用了Goldeneye 20A试剂盒（基点认知技术有限公司）进行鉴定时，发现父亲和儿子的Amel性别基因座均为X，我中心工作人员核对两人证件和男性性征，均显示为男性。换用GlobalFilerR○PCR Amplification Kit荧光标记试剂盒进行检测，两人Amel性别基因座仍为X，但DYS391基因座和Y-InDel基因座均扩增出峰型，推断两人的Y染色体上Amel性别基因座存在稀有缺失。

表1 北方汉族21个常染色体STR基因座的等位基因频率分布 （n=1081）

表2 北方汉族21个常染色体STR基因座的群体遗传学参数 （n=1081）

3 讨论

STR是一类广泛存在于人类基因组中具有高度多态性的DNA序列，具有稳定遗传、突变率低、分型方法简便、准确判断分型等特点，广泛应用于法医学个体识别和亲权鉴定。为了保证法医STR分型标记在各国司法体系中的有效性，各实验室使用了通用的标准遗传标记。目前市场上大部分STR扩增试剂盒涵盖了美国联邦调查局（FBI）推荐的13个CODISSTR基因座，但随着复核扩增系统的完善和相互交换数据的需求，增加更多的STR核心基因座成为必然的需求。

为了与国际上的数据能有更多的兼容性，欧洲的标准STR基因座ESS被考虑与原来的13个核心基因座进行整合，从而使核心基因座数由原来的13个变成18个或更多。D3S1358、vWA、D16S539、CSF1PO、TPOX、D8S1179、D21S11、D18S51、D2S441、D19S433、TH01、FGA、D22S1045、D5S818、D13S317、D7S820、SE33、D10S1248、D1S1656、D12S391、D2S1338、pentaD、pentaE是目前正在考虑中的候选基因座[6]。

GlobalFilerR○PCR Amplification Kit荧光标记试剂盒包含了上面的21个候选基因座，统计结果显示，在这21个STR基因座中，SE33的PM（0.007）最低，H（0.939）、DP（0.993）、PE（0.875）、TPI（8.19）、PIC（0.94）均为最高，在21个基因座中SE33的多态性最好。与广东地区人群的统计数据相比[7]，北方汉族人群中SE33基因座的杂合度和个体识别率更高。21个STR基因座的CPD为0.9999999999 99999999，CPE为0.9999999977，可见该21个STR基因座在北方地区汉族人群具有良好的遗传多态性，在亲子鉴定和个体识别中具有较高的应用价值。

Amelogenin是编码牙釉质蛋白的基因，位于X（p22.1-22.3）和Y（Yp11.2）的同源染色体中，为单拷贝，在法医鉴定中常用于性别鉴定[8]。Y染色体Amelogenin的稀有缺失可导致无法得到Y染色体扩增产物。在这种情况下，男性样本可错误认为是女性。澳大利亚DNA数据库中3万名男性的研究显示有6名男性无Y染色体Amelogenin扩增产物[9]，这种情况在国内也有过报道[10]。法庭科学应用Amelogenin基因判断性别时应谨慎，如发现 Amelogenin对性别的判定结果与其它证据不符时，应考虑是否有Y等位基因丢失的可能，需结合其他方法（如增加Y－STR基因座）加以核实。

在本研究中发现了1例男性Y染色体Amelogenin的稀有缺失的鉴定案件，如使用一般的法医扩增试剂盒则需加做额外的Y染色体试剂盒从而判断被鉴定人的性别。而GlobalFiler试剂盒包含了1个Y染色体STR基因座（DYS391）和1个Y染色体InDel二等位基因座，可以辅助判断被鉴定人性别。

[1]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应用评价[J].刑事技术，2010，（6）：13-16.

[2]张庆霞，杨剑，刘雅诚，等.北京地区汉族人群16个非CODIS STR基因座的遗传多态性[J].法医学杂志，2013，29（3）：206-208.

[3]任贺，荆玉婷，刘雅诚，等.北京地区汉族人群SE33基因座遗传多态性[J].中国法医学杂志，2006，12（5）：300.

[4]Walsh PS，MetzgerDA，Higuchi R.Chelex 100 as a medium for simple extraction of DNA for PCR-based typing from forensicmaterial[J].Biotechniques，1991，10（4）：506-513.

[5]Bosch E，Calcfell F，Perez-lezaum A，etal.Y chromosome STR haplotypes in four populations from northwest Africa[J]. Int JLegalMed，2000，（114）：36-40.

[6]John M Butler.法医DNA分型专论：方法学[M].侯一平，李成涛.译.北京：科学出版社，2013：88-90.

[7]孙宏钰，台运春，曾艳红，等.广东汉族人群复杂短串联重复SE33（ACTBP2）位点的多态性[J].中山大学学报，2004，（1）：55-58.

[8]Sullivan KM，MannucciA，KimptonCP，et al.A rapid and quantitative DNA sex test：fluorescence-based PCR analysis ofXY homologousgeneamelogenin［J］.Biotechniques，1993，15（4）：636－638.

[9]Steinlechner，M.Rare failures in the amelogenin sex test[J]. International Journalof LegalMedicine，2002，116（2）：117-120.

[10]王伟妮，杨雅冉，任贺，等.男性Y染色体amelogenin、DYS456及DYS458缺失1例分析[J].中国计划生育杂志，2012，20（6）：424-425.

（本文编辑：李成涛）

Population Genetics Study of Twenty-one Autosomal STR Loci and One Y chromosomal STR Locus in Chinese Northern Han Population

MU Hao-fang1,ZHANG Dun1,YIN Cai-yong2,WANG Li-na1,ZHANG Bo1,WANG Zhi-zheng1, WANG Jian1,CHEN Feng2
(1.Center of Forensic Sciences,Beijing Genomics Institute,Beijing 101300,China;2.Departmentof Forensic Medicine, Nanjing Medical University,Nanjing 210029,China)

Objective To analyze the genetic polymorphism of twenty-one autosomal STR loci and one Y chromosomal STR locus in Chinese Northern Han population and to provide genetic data for the forensic application of individual and paternity identification.M ethod The blood samples of 1081 unrelated individuals from Chinese Northern Han population were collected. GlobalFilerR○PCR Amplification Kitwith fluorescent labeling was used for PCR amplification.3500XL Genetic Analyzer was used to perform electrophoresis analysis.GeneMapperR○ID-X software was used to analyze the allele sizes,and Modified-Powerstates spreadsheetwas used to count allele frequencies and other forensic parameters.Results The twenty-one autosomal STR lociwere highly polymorphic in Chinese Northern Han population.Heterozygosity (H)ranged from 0.604 to 0.939.Match Probability(MP)varied from 0.007 to 0.206.Power of Discrimination(PD)ranged from 0.794 to 0.993.Probability of Exclusion (PE)ranged from 0.296 to 0.875.Typical Paternity Index (TPI)ranged from 1.26 to 8.19.Polymorphism Information Content (PIC)was from 0.55 to 0.94.Six alleleswere detected in DYS391 locus and Genetic Diversity (GD)was 0.4158.Conclusion The twenty-one autosomal STR loci have relatively high polymorphism in Chinese Northern Han population,which could be used for population genetics and forensic studies.One Y chromosomal STR and one Y-InDel geneticmarker could be employed for gender determination.

forensic genetics;STR;allele frequency;Han population

DF795.4

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2015.02.012

1671-2072-（2015）02-0067-05

2014-11-11

穆豪放（1981—），男，主检法医师，主要从事法医物证学研究。Email：muhf@genomics.org.cn。

陈峰（1982—），男，博士，教授，主要从事法医物证学教学及科研工作。Email：fchen@njmu.edu.cn。