家系排查中Y-STR突变分析

李鸿雷，张 旭，孙 辉，王占洪，张二伟，李万水，莫晓婷,*

（1. 河南省汝州市公安局，河南 汝州 471200；2.公安部物证鉴定中心，北京 100038；3.郑州轻工业学院，郑州 450000）

Y 染色体上非重组区的短串联重复序列（Y-chromosome short tandem repeat， Y-STR）基因座，因其完全连锁，所以在父系亲缘鉴定、男性个体识别等方面具有独特的优势，越来越多地应用于法庭科学的实际案件中，如轮奸案男性成份鉴定、家系排查、亲缘搜索、来源人群推定和亲缘关系辅助鉴定等[1-2]。Y-STR家系排查可通过搜索与现场物证具有相同或相似Y-STR分型的男性个体，缩小侦查范围，为案件侦破提供指向性线索。目前，Y-STR家系排查已经成为了案件侦查的重要手段，尤其是在一些以家族式聚居、人员流动较少的偏远地区发生的案件中，Y-STR排查为侦破案件提供了非常重要的指向性线索，比如轰动全国的 “白银连环杀人案”“绛县4.19杀人案”等。

在实际案例中，经常会发生因Y-STR的突变而导致同一家系中远亲和近亲男性亲属之间Y-STR分型存在差异。所以一旦排查到与现场物证分型相似的个体，鉴定人员很难准确判断犯罪嫌疑人和该比对个体是否属于同一家系。本文以家系排查中出现4个Y-STR基因座突变的案件为例，探讨家系排查以及与Y-STR数据库比对时数据分析的方法和原则，并对Y-STR数据库建设的基因座选择提出一点建议。

1 案例资料

1.1 简要案情

2016年7月30日，河南省汝州市某村马某（女，12岁）被强奸杀害，对现场提取两份精斑进行DNA检验，获得同一男性常染色体及Y染色体STR分型图谱。由于案发地点偏僻，外来人口少，侵害对象明确，推测本地人作案可能性大，因而应用Y-STR家系排查法对案发地周围男性居民进行排查。按家系采集附近男性成员1400余份血样，用DNATypeTMY26试剂盒（公安部物证鉴定中心）进行Y-STR分型检验，比对分析发现临近村落闵1分型与现场物证分型相似度最高，仅在DYS527ab基因座不同；采用AmpFlSTR®Y fi ler®plus试剂盒（美国AB公司）进一步验证，发现两者在DYS570、DYS627和DYF387S1基因座分型不同（表1）。经过综合分析，考虑以上四个基因座分型差异为突变所致，嫌疑人很可能为该村闵系家族成员。专案组立即排查该村所有闵姓男性，发现闵1的远亲闵2与现场物证Y-STR分型一致，经DNATyperTM19试剂盒（公安部物证鉴定中心）检验，发现闵2常染色体STR分型19个位点与现场物证符合单亲遗传关系，并且闵2的父母常染色体STR分型与现场物证符合双亲遗传关系，由此锁定嫌疑人为闵2的兄弟闵3。最后经常染色体DNA比对，确定现场精斑为闵3所留。

表1 现场精斑与闵1的四个Y-STR基因座分型结果Table 1 The genotypes of four Y-STR loci from both a Minsurnamed individual and the on-site collected seminal stains

1.2 Y-STR家系突变调查

闵1与犯罪嫌疑人闵3系同一祖先，但是二者的亲缘关系较远，可以追溯到8代之外，继而对二者家系进一步溯源至9代100以上人的大家系。采集家系人员血样14人，采用AmpFlSTR®Y filer®plus及DNATypeTMY26试剂盒检验，两个试剂盒共有19个相同基因座，可以检测34个Y-STR基因座。14名家系人员中有8人分型完全一致，以此分型作为标准统计家系其它6人的突变。如图1所示，29个基因座在家系所有成员的分型一致，4个基因座（DYS444、DYS527ab、DYS627、DYS570）发生了一步突变，1个基因座发生了两步突变（DYF387S1）。

图1 闵姓家系Y-STR分型突变图Fig.1 The pedigree of Min-surnamed lineage undergoing Y-STR mutations

2 讨论

本案件是Y-STR家系排查方法的成功运用，特殊之处在于在排查比中的闵1与现场物证在4个基因座上存在差异（表1）。在DNATypeTMY26试剂盒的26个Y-STR基因座中，闵1与现场物证仅在DYS527ab基因座存在一步突变，而用AmpFl-STR®Y filer®plus试剂盒进一步验证，又发现二者在3个基因座上存在突变（DYS627和DYS570为一步突变，DYF387S1为两步突变）。一般来说，两个个体分型存在差异的基因座大于3个，更趋向于排除同一家系嫌疑。但是，本案4个存在分型差异的基因座中有3个属于快速突变基因座，且等位基因仅在DYF387S1相差两个重复单位，而在DYS570、DYS627、DYS527ab均只相差一个重复单位，结合亲缘关系可能较疏远，考虑以上基因座分型差异为等位基因突变所致，仍然不能排除嫌疑人来源于当地闵系家族。最后通过进一步家系排查和常染色体检验锁定犯罪嫌疑人为闵3，同时也证实闵l闵3在DYS627、DYS527ab和DYF387S1基因座的突变。因此，在对当地家系的排查中，验证Y-STR的突变是不容忽视的问题，尤其是在大家系中，亲缘关系较远的男性个体的Y-STR分型更容易存在差异。

突变发生在父子代相传的时候，独立于基因重组之外的，主要是由于复制过程中DNA聚合酶的滑脱以及突变将较长的等位基因分割成两段较短的重复序列，而造成Y-STR核心序列重复次数的改变，两者的作用在进化过程中达到平衡[3-4]。Y-STR基因座的平均突变率为2.8×10-3/代，突变率大于1×10-2的Y-STR基因座称为快速突变(rapid mutation, RM)基因座，其中的13个分别为DYF399S1、DYF387S1、DYS570、DYS576、DYS518、DYS526a/b、DYS626、DYS627、DYF403 S1a/b、DYF404S1、DYS449、DYS547 及 DYS612[5]。

快速突变基因座的多态性水平较好、分辨率较高，可帮助区分经历了遗传瓶颈效应的人群以及实现个体识别，但是由于突变率高，容易造成同一家系远亲和近亲男性亲属的Y-STR分型存在差异，不能很好地代表整个家系，并不适用于建库。例如，在此案中经 AmpFlSTR®Y filer®plus检验，闵 1与现场物证在3个Y-STR基因座存在差异，并且在DYF387S1相差两个重复单位，可能会造成对闵姓家族的错误排除。应用“Y-STR家系排查法”的前提是同一家族男性拥有相似或相近的Y-STR分型，所以家系排查时应该尽量选择突变率较低、相对保守的Y-STR基因座。因为如果选择分析的是高突变位点，则可能排查比中了犯罪嫌疑人的远房亲属，但由于二者的分型差异比较大，而导致错误排除和漏排等问题。

家系排查的策略可分三步：一是用中、低突变率基因座进行家系排查；二是比中一个或几个家系后，再补充一些多态性好、突变率高的基因座对家系进一步细分和排查；三是结合常染色体STR检验，锁定犯罪嫌疑人。当现场物证和排查比中的家系样本存在容差时，数据分析时可以参考以下原则：

1）目前，先看存在差异的基因座，一般来说大于3个才可以排除，河南家系排查时通常设定容差小于等于4[6]。

2）对照发生突变的基因座是否为上述13个高突变率基因座。当突变基因座都不属于高突变基因座，且发生突变的基因座在3个以上，可以排除该家族的嫌疑。

3）如果突变基因座小于等于3，则观察突变步数。如果为一步突变，则二者属于同一家系的概率比较大。90%的突变表现为一个重复单位的改变，是STR突变的主要模式，只有10%表现为多个重复单位突变[5-10]，反之，二者可能确实属于不同家系。

4）突变与父亲的生育年龄呈正相关[5-10]，即父亲的生育年龄越大，出现突变的概率越大。

Y-STR数据库建设应该尽量选择中、低突变速率而多态性比较好的基因座作为我国Y库建设的核心位点。Y-STR基因座的突变率需要详细地调研，以确保它被用于家系分析时的可信度。因而需要开展更多基础性研究，掌握这些常用Y-STR基因座在中国人群中的突变速率和多态性水平。

最先报道的13个RM Y-STR基因座的研究样本主要来自德国和波兰[5]。目前在韩国[11]和我国[12-14]都有报道在亚洲人群中Y-STR基因座的突变速率与德国和波兰人群存在差异，并在不同局部地域之间也存在差异，比如山东人群中DYS449的突变率为13.73×10-3[14]，广东人群中DYS449的突变率为2.5×10-3[13]，二者存在比较大差异。造成这种差异的原因可能是因为人群不同、抽样方法不同造成的。影响基因座突变速率的最大因素是基因座核心序列的长度，长度越大，则DNA聚合酶在DNA复制过程中出错的几率越大，突变率也越高，所以也可能是由于DYS449在不同的人群中分布的等位基因范围不同，导致突变率差异。

因此，我们还需要以更大的中国各地群体为样本，研究这些常用Y-STR基因座的多态性频率分布、突变速率以及突变规律，才能为今后Y-STR检验及Y家系排查提供更有效的技术方案及排除依据，也为今后筛选出中国人群自己的核心Y-STR基因座，统一并规范Y数据库建设夯实基础。另外，在Y数据库建设过程中，同一宗族不同分支如何划分与合并家系，采样原则等问题仍需要近一步探讨和摸索。如果排查的家系大部分为5代内的小家系，则家系成员较少，需采血人员数量较多，成本较高；而合并成的大家系成员多，但家系内成员会存在容差较大，仍需要采集足够多的样本以保证不会对该家系的错误排除，这些需要我们在今后的实践过程中不断摸索。