江苏地区汉族人群23个Y染色体STR基因座的多态性

马 骏，朱爱华，石津玮，金 明，巴华杰，平智广

1江苏省常州市公安局物证鉴定所，江苏常州 213003 2郑州大学公共卫生学院卫生统计学教研室，郑州 450001

·论著·

江苏地区汉族人群23个Y染色体STR基因座的多态性

马 骏1，朱爱华1，石津玮1，金 明1，巴华杰1，平智广2

1江苏省常州市公安局物证鉴定所，江苏常州 2130032郑州大学公共卫生学院卫生统计学教研室，郑州 450001

目的调查23个Y染色体STR基因座在江苏汉族人群中的多态性分布。方法采用PowerPlex Y23荧光标记复合扩增系统，对江苏地区4821名汉族无关男性个体的静脉血DNA进行复合扩增，3500xL遗传分析仪进行毛细管电泳检测，分别计算各个STR基因座的等位基因频率和基因多样性，以及23个基因座联合构成的单倍型频率和单倍型多样性。结果23个Y染色体STR基因座在4821名江苏汉族男性个体中的基因多样性值介于0.4099～0.9696。共检出4781种不同的单倍型，其中有4743种只出现1次，单倍型多样性达到0.99999812。结论23个Y染色体STR基因座联合应用于江苏地区汉族人群时具有较好的遗传多态性分布，适用于该地区的群体遗传学与法医学个体识别等研究。

Y染色体；短串联重复序列；遗传多态性

Y染色体STR基因座(Y chromosomal short tandem repeat，Y-STR)主要分布于Y染色体的非重组区(non-recombining Y，NRY)，由于该区域在减数分裂过程中不发生交换、重组，呈连锁遗传，因此分布于该区域的Y-STR可以毫无变化地(突变除外)呈单倍型沿父系传递，从而记录下发生在祖辈的突变，形成了不同父系单倍型的多态性。早期，由于已发现的Y-STR数量较少，导致其联合构成的单倍型识别度较低。近年来，随着分子生物学技术的发展以及研究者对于Y-STR的重视程度增加，越来越多新的Y-STR被发现，对于其多态性的研究也日益广泛和深入[1- 3]。但由于Y-STR在群体之间的异质性水平较高，不同群体之间的多态性分布有明显的差异，特别是地理因素在遗传多态性形成中的作用比语言等因素更为显著[4]。因此，在将Y-STR应用于群体遗传学、法庭科学等方面研究时，必须先对特定群体的多态性分布进行调查。本研究对4821名江苏地区汉族男性个体在DYS19、DYS385a/b、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393、DYS437、DYS438、DYS439、DYS448、DYS456、DYS458、DYS481、DYS533、DYS549、DYS570、DYS576、DYS635、DYS643、GATA_H4等23个Y-STR的遗传多态性进行了初步研究，在初步获得其多态性指标的基础上为以后法庭科学的实践应用提供更为可靠的群体频率资料，同时也为其他地区与民族的群体遗传学等研究提供对比数据。

材料和方法

样本采集随机选取江苏地区4821名无血缘关系的汉族男性个体(三代之内均居住于江苏地区)为研究样本，分别采集静脉血3 ml，EDTA抗凝，-70 ℃保存备用。本研究经常州市伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

主要仪器和试剂鼎永4800型扩增仪(北京鼎永泰克科技有限公司)、GeneAmp PCR System 9700扩增仪(美国Life Technology公司)、3500xL遗传分析仪(美国Life Technology公司)、5% Chelex- 100(德国默克公司)、Hi-Di formamide(美国Life Technology公司)、PowerPlex Y23试剂盒(美国Promega公司)。

基因组DNA提取参照Walsh等[5]的方法，用5% Chelex- 100提取4821名个体静脉血基因组DNA。

23个Y-STR基因座的复合扩增参照PowerPlex Y23试剂盒说明，扩增的总反应体系为25 μl，其中含Mix 5 μl，Primer 2.5 μl，模板DNA 1 μl，超纯水补足体系至25 μl。扩增反应在GeneAmp PCR System 9700扩增仪上进行，96 ℃预变性2 min；然后94 ℃变性10 s，61 ℃退火1 min，72 ℃延伸30 s，共26个循环；最后60 ℃保温20 min，扩增产物于4 ℃备用。

扩增产物的毛细管电泳分离及检测分别取12 μl去离子甲酰胺(Hi-Di formamide)、0.3 μl CC5 Internal Line Standard for Y23与1 μl扩增产物混匀，95 ℃变性3 min后迅速置于冰上5 min。然后用3500xL遗传分析仪对变性后扩增产物进行毛细管电泳分离及检测，Data Collection 3.1软件收集电泳数据，GeneMapper ID-X 1.3软件分析基因产物片段长度并对等位基因进行分型。

结 果

等位基因频率分布除基因座DYS385a/b以外的21个Y-STR共检测出187个等位基因，分别为DYS19(7)、DYS389Ⅰ(6)、DYS389Ⅱ(10)、DYS390(10)、DYS391(7)、DYS392(10)、DYS393(8)、DYS437(4)、DYS438(8)、DYS439(8)、DYS448(9)、DYS456(9)、DYS458(12)、DYS481(14)、DYS533(8)、DYS549(8)、DYS570(13)、DYS576(12)、DYS635(10)、DYS643(8)、GATA_H4(6)，等位基因频率分布在0.0002～0.7812间，GD值介于0.4099～0.8963；DYS385a/b基因座检出96种不同基因型，频率分布在0.0002～0.1104间，GD值为0.9696(表1、2)。

单倍型频率分布在4821名个体中，共检测出4781种不同的单倍型，其频率分布在0.0002～0.0006间，其中4743种只出现1次；36种出现2次；2种出现3次，分别为15- 13- 12- 29- 23- 11- 14- 13- 14- 10- 11- 18- 17- 15- 25- 11- 12- 18- 18- 19- 11- 12与15- 13- 12- 29- 23- 11- 14- 13- 14- 10- 11- 18- 17- 15- 25- 11- 12- 19- 18- 19- 11- 12。23个Y-STR的HD值为0.99999812，DC值为0.9917，MP值为0.00021。

表 1 江苏地区汉族人群22个Y-STR等位基因频率与基因多样性(n=4281)Table 1 Allele frequencies and gene diversities of 22 Y-STR loci in a Han population in Jiangsu province(n=4281)

续表1

STR：短串联重复序列；GD：基因多样性

STR：short tandem repeat；GD：gene diversity

表 2 江苏地区汉族人群DYS385a/b等位基因频率与基因多样性(n=4281)Table 2 Allele frequencies and gene diversities of DYS385a/b locus in a Han population in Jiangsu province(n=4281)

讨 论

众所周知，传统的古生物学家、历史学家、语言学家以及考古学家研究现代人类群体间关系的局限性已日益突显。而随着分子生物学理论与技术的发展，基因组多态性研究特别是Y-STR多态性在群体遗传学中的应用逐渐显示出其独特的优势。由于单个Y-STR的个体识别能力有限，在实际应用中需要选择多个Y-STR构建适当的单倍型，探讨其在不同地区、不同民族的群体中的分布规律，对不同群体的起源进化、群体内部的迁徙融合、群体之间的相互关系以及法医学个体识别等领域的研究有着极其重要的意义[8- 11]。

最初，由于发现的Y-STR数量有限，国际上将DYS19、DYS385a/b、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393等9个核心基因座用于构建一种“最小单倍型”(minimal haplotype，MHT)。MHT的确定和应用为Y-STR单倍型数据库(http：//www.yhrd.org)的建立和发展奠定了基础。此后，随着发现的Y-STR不断增多，美国DNA分析方法科学工作组(SWGDAM)建议在MHT基础上增加DYS438、DYS439，构成“扩展单倍型”(extended haplotype，EHT)，以增加个体识别能力。近年来，各种商品化试剂盒不断推出，包含的基因座数目也越来越多，例如PowerPlex Y12(“扩展单倍型”+DYS437)、AmpFI STR Yfiler(“PowerPlex Y12”+DYS448、DYS456、DYS458、DYS635、GATA_H4)、PowerPlex Y23(“AmpFI STR Yfiler”+DYS576、DYS481、DYS549、DYS533、DYS570、DYS643)。本研究采用PowerPlex Y23试剂盒对4821名江苏地区汉族无关男性个体进行了DYS19、DYS385a/b、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393、DYS437、DYS438、DYS439、DYS448、DYS456、DYS458、DYS481、DYS533、DYS549、DYS570、DYS576、DYS635、DYS643、GATA_H4共23个Y-STR的多态性研究。其中，DYS385a/b通常认为是两个基因座(DYS385a与DYS385b)，等位基因以基因型的形式表现，这是因为在Y染色体长臂上的两个重复回文区域(间隔40 775bp)都有DYS385基因座，用1对引物扩增可产生2个不同的等位基因，分别标记为a和b，当a和b等位基因大小相同时，电泳检测只出现1个峰，当a和b等位基因大小不同时，电泳检测会出现2个峰。

与常染色体STR基因座不同，Y-STR系连锁遗传，不符合Hardy-Weinberg平衡定律，所以不能通过用概率乘法计算组合概率来获得遗传学指标值，Y-STR的遗传学指标计算有其独立的规则和公式。通常情况下，以GD来衡量Y-STR在特定群体中的多态性分布。Shriver等[12]认为，当GD值小于0.5时该基因座属于低多态性，大于0.8时属于高多态性。据此标准，本研究中仅DYS391(GD=0.4724)、DYS438(GD=0.4099)属于低多态性基因座，其余21个基因座的GD值介于0.6173～0.9696间，均属于中高度多态性基因座，尤其是DYS389Ⅱ、DYS392、DYS448、DYS458、DYS635、DYS481、DYS570、DYS576、DYS385a/b的GD值均高于0.8，可见本研究选取的23个Y-STR适合应用于江苏地区汉族男性群体的多态性研究。

本研究还发现，联合应用的Y-STR数量越多，其构成的单倍型在群体中重复出现的次数越少(表3)。本研究中，HD值由MHT组(9个)的0.99894113上升到PowerPlex Y23组(23个)的0.99999812，DC值由MHT组(9个)的0.5789上升到PowerPlex Y23组(23个)的0.9917，MP值则由MHT组(9个)的0.00142下降到PowerPlex Y23组(23个)的0.00021，均进一步说明Y-STR数量越多其多态性分布越好，个体识别能力越强。

由于目前国内应用PowerPlex Y23试剂盒进行群体研究的报道较少，本研究从中选取与Yfiler组相同的17个基因座与苏北汉族[13]、河南汉族[14]、陕西汉族[15]、内蒙汉族[16]、湖北汉族[17]、云南汉族[18]、广东汉族[19]、维吾尔族[20]、蒙古族[21]等群体进行比较后发现，江苏汉族与苏北汉族的GD值最高，且江苏汉族与苏北汉族相差不大，其中在DYS19、DYS389Ⅰ、DYS389Ⅱ、DYS390、DYS392、DYS438、DYS439、DYS437、DYS448、DYS458、DYS385a/b是苏北汉族最高，而DYS391、DYS393、DYS456、DYS635、DY_GATA_H4是江苏汉族最高(表4)。分析其原因可能如下：(1)由于本研究中采样个体的范围涉及苏南与苏北(以长江为界)，群体混杂度相比苏北人群更高；(2)这两个人群所使用的试剂盒不同，在部分基因座上其多态性分布有差异是必然存在的；(3)本研究与苏北汉族的样本量较大(分别为4821与642)，以致GD值高于其他人群。同时，我们也发现新疆维吾尔族人群在DYS391、DYS438的GD值为最高，特别是DYS438的GD值达到0.6819，远高于其他人群[20]，分析其原因可能在于维吾尔族属于高加索人种，而其他对比群体属于蒙古人种，人种之间的差异导致基因多态性分布出现差异，此结果有待进一步深入研究。

表 3 Y-STR基因座不同组合时的多态性统计指标(n=4281)Table 3 Statistical indicators of different combinations of Y-STR loci(n=4281)

MP：匹配概率；DC：个体识别能力；HD：单倍型多样性

MP：match probability；DC：discrimination capacity；HD：haplotype diversity

MHT：DYS19+DYS389Ⅰ+DYS389Ⅱ+DYS390+DYS391+DYS392+DYS393+DYS385a/b；EHT：MHT+DYS438+DYS439；PPY12：EHT+DYS437；YFiler：PPY12+DYS448+DYS456+DYS458+DYS635+GATA_H4；PPY23：YFiler+DYS576+DYS481+DYS549+DYS533+DYS570+DYS643

表 4 江苏地区汉族人群与其他人群在17个Y-STR的基因多样性差异Table 4 Comparisons of gene diversities of 17 Y-STR loci between Jiangsu Han and other populations

综上，本研究调查的23个Y-STR联合应用具有良好的多态性分布与较强的个体识别能力，适用于江苏地区汉族男性的群体遗传学研究与法医学个体识别。但同时也需要注意，研究Y-STR单倍型在不同群体中的分布规律，虽然可以追溯现代人类的父系祖先，构建父系进化史，但应尽量选择更适合本地人群的Y-STR，同时尽可能增加样本量，从而获得本地人群的基础数据，由此得出的分析结果可信度会更高。

[1] Hammond HA，Jin L，Zhong Y，et al. Evaluation of 13 short tandem repeat loci for use in personal identification application [J].Am J Hum Genet，1994，55(1)：175- 189.

[2] Fortes-Lima C，Brucato N，Croze M，et al. Genetic population study of Y-chromosome markers in Berlin and Ivory Coast ethnic groups [J].Forensic Sci Int Genet，2015，19：232- 237.

[3] Gao TZ，Yun LB，Gu Y，et al. Phylogenetic analysis and forensic characteristics of 12 populations using 23 Y-STR loci [J].Forensic Sci Int Genet，2015，19：130- 133.

[4] Rosser ZH，Zerjal T，Hurles ME，et al. Y-chromosomal diversity in Europe is clinal and influenced primarily by geography，rather than by language[J].Am J Hum Genet，2000，67(6)：1526- 1543.

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

[6] Nei M. Molecular evolutionary genetics[M]. New York：Columbia University Press，1987.

[7] Calderon S，Perez-Benedico D，Mesa L，et al. Phylogenetic and forensic studies of the Southeast Florida Hispanic population using the next-generation forensic PowerPlex Y23 STR marker system[J].Leg Med，2013，15(6)：289- 292.

[8] 翁自立，袁义达，杜若甫. 中国14个民族红细胞血型座位的遗传分化 [J].遗传学报，1990，17(4)：260- 268.

[9] Jobling MA，Tyler-smith C. Fathers and sons：the Y chromosome and human evolution [J].Trends Genet，1995，11(11)：449- 456.

[10] Kayser M，Caglia A，Corach D，et al. Evaluation of Y-chromosomal STRS：a multicenter study [J].Int J Legal Med，1997，110(3)：125- 133.

[11] Yang XX，Yang ZH. Y-STR polymorphisms among five Chinese minorities，Mosuo，Mongolian，Naxi，Pumi and Tibetan，in Yunnan Province，PR China [J].Ann Hum Biol，2004，31(1)：103- 111.

[12] Shriver MD，Jin L，Boerwinkle E，et al. A novel measures of genetic distance for highly polymorphic tandem repeat loci[J].Mol Biol Evol，1995，12(5)：914- 920.

[13] 于海龙，储国栋，詹梅. 苏北地区汉族人群19个Y-STR基因座的遗传多态性[J].法医学杂志，2013，29(6)：468- 469.

[14] 刘亚举，李效阳，岳俊涛，等. 河南汉族人群22个Y-STR基因座遗传多态性 [J].中国法医学杂志，2013，28(6)：502- 503.

[15] 贺永峰，陈利萍，赵杰，等. 陕西渭南地区汉族人群17个Y-STR基因座多态性及遗传关系分析 [J].人类学学报，2014，33(2)：230- 236.

[16] 王永在，王勇，黄太宇，等. 内蒙古汉族人群17个Y-STR基因座遗传多态性 [J].中国法医学杂志，2009，24(2)：117- 118.

[17] 朱传红，周翔，邵毅，等. 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.

[18] 聂胜洁，姚金勇，陈碧峰，等. 云南泸西汉族17个Y-STR基因座多态性及遗传关系分析 [J].人类学学报，2010，29(2)：189- 196.

[19] 翁玮霞，刘宏，刘超，等. 17个Y-STR基因座在广东汉族人群中的单倍型频率及突变率 [J].南方医科大学学报，2013，33(3)：412- 415.

[20] 周卫江，李平. 新疆维吾尔族群体16个Y-STR基因座遗传多态性 [J].中国法医学杂志，2011，26(1)：61- 62.

[21] 王永在，郭梦阳，张艳霞，等. 内蒙古蒙古族人群17个Y-STR基因座频率分布及单倍型组成 [J].刑事技术，2011，36(3)：32- 34.

Polymorphismsof23Y-chromosomeSTRLociinAHanPopulationinJiangsuProvince

MA Jun1，ZHU Aihua1，SHI Jinwei1，JIN Ming1，BA Huajie1，PING Zhiguang2

1Institute of Forensic Science of Public Security Bureau of Changzhou，Changzhou，Jiangsu 213003，China2Department of Health Biostatistics，College of Public Health，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

PING Zhiguang Tel：0371- 67781471，E-mail：ping_zhg@163.com

ObjectiveTo investigate the polymorphisms of 23 Y-STR loci in a Han population in Jiangsu province.MethodsBlood samples were collected from 4821 unrelated healthy Han males in Jiangsu province. DNA templates were amplified by PowerPlex Y23 kit，and the amplification products were detected by 3500xL genetic analyzer. Then，we calculated the allele frequencies and gene diversities respectively，as well as the haplotype frequencies and haplotype diversities.ResultsThe gene diversity of these 23 Y-STR loci ranged 0.4099- 0.9696. A total of 4781 haplotypes were detected，of which 4743 were found once. The haplotype diversity was 0.99999812.ConclusionThe 23 Y-STR loci used in this study are highly polymorphic in Han individuals in Jiangsu province and therefore suitable for population genetic study and forensic individual identification.

Y chromosome；short tandem repeat；genetic polymorphism

平智广 电话：0371- 67781471，电子邮件：ping_zhg@163.com

Q347

A

1000- 503X(2017)05- 0629- 08

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.05.006

ActaAcadMedSin，2017,39(5)：629-636

2016- 07- 14)