贵州汉族人群21个非CODIS STR基因座的遗传多态性分析*

张红玲， 蔡鹏， 熊玲， 罗文钰， 杨美庆， 徐荣兰， 王启燕， 任峥， 季晶焱， 黄江

(贵州医科大学 法医学院， 贵州 贵阳 550004)

短串联重复序列(short tandem repeat，STR)是一类在人类基因组中分布较广的脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)串联重复序列，由于其等位基因长度较短、重复次数较少，具有高鉴别能力，因此是法医学领域中亲权鉴定和个体识别、以及群体遗传研究常用的遗传标记[1]。目前法医物证检验中通用的试剂盒所包含的基因座数目通常在20个左右，这些试剂盒以DNA检索系统(combined DNA index system，CODIS)中的基因座为基础，在疑难案件或复杂亲缘关系鉴定时，常常需要增加检测的基因座[2]。目前已有学者利用AGCU21+1荧光检测试剂盒对部分人群进行了研究，表明不同民族不同地理位置人群STR基因频率有所不同[3-11]，而对贵州地区人群的非CODIS STR基因座未见报道。因此，本文利用该试剂盒获取贵州地区汉族人群的21个非CODIS系统STR群体遗传学参数，为法医学亲权鉴定和个体识别提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1标本来源 从学校法医司法鉴定中心日常检案中筛选出301例贵州汉族无关个体血样。所有检材均经过知情同意原则，人体伦理道德由学校人体试验伦理委员会审批(NO.201974)。

1.1.2主要试剂和仪器 AGCU21+1荧光检测试剂盒(无锡中德美联生物技术有限公司)，Veriti型基因扩增仪和3500型全自动遗传分析仪(美国 AB公司)。

1.2 方法

聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)扩增按照AGCU21+1荧光检测试剂盒用户手册进行。反应体系为10 μL：Reaction Mix 4.0 μL，Primers21+12 μL，热启动C-Taq酶(5 U/μL)0.3 μL，ddH2O 3.7 μL，模板 DNA为直径1 mm的纸片。反应条件：95 ℃预变性2 min，94 ℃变性1 min，62 ℃退火1 min，72 ℃延伸1 min，10个循环；90 ℃变性1 min，60 ℃退火1 min，72 ℃延伸1 min，20个循环，60 ℃延伸60 min。采用3500遗传分析仪对PCR扩增产物进行电泳分离，GeneMapper ID-X1.3软件对STR基因分型结果进行分析。

1.3 统计学分析

数据处理采用 Modified-Powerstates软件包[12]，获得各基因座的等位基因频率、杂合度(heterozygosity，H)、匹配概率(matching probability，PM)、个体识别率(power of discrimination，DP)、非父排除率(power of exclusion，PE)、多态信息含量(polymorphism information content，PIC)；累积个体识别能力(total discrimination power，TDP)和累积非父排除率(combined power of exclusion，CPE)，以及各基因座Hardy-Weinberg平衡检验。应用Genepop软件(https://genepop.curtin.edu.au/genepop_op2.html)，对两两基因座进行连锁不平衡分析。选择7个地区的汉族人群作为参考[13-19]，基于各人群基因频率，应用MultiVariate Statistical Package(MVSP)软件对8个人群进行主成分分析(principal component analysis，PCA)，并应用R对PCA结果进行图示化。应用GENETIC DISTANCE AND PHYLOGENETIC ANALYSIS(DISPAN)软件计算8个人群之间的Nei氏遗传距离(Nei’s gentic distance，DA)值，基于DA值应用MEGA 7.0软件Neighbor-Joining(N-J)法构建8个地区汉族人群系统发育树。

2 结果

2.1 基因频率

贵州汉族301例无关个体的21个常染色体STR基因座的等位基因频率分布结果显示，各基因座频率分布均符合Hardy-Weinberg平衡定律(P>0.05)；21个基因座位点两两比较均未见连锁不平衡。见表1。

表1 贵州汉族21个常染色体STR的等位基因频率Tab.1 Allelic frequencies for the 21 STR loci in Guizhou Han people

2.2 遗传学参数

贵州汉族301例个体的21个常染色体STR基因座共检测出了157个等位基因，436种基因型；21个常染色体的 STR 基因座遗传多态性均较高，H介于0.584 7(D1S1627)～0.807 3(D2S441)，PM介于0.052 6(D19S433)～0.226 8(D1S1627)，DP介于0.773 2(D1S1627)～0.947 4(D19S433)，PE介于0.272 9(D1S1627)～0.586 7(D22S1045)，PIC介于0.533 2(D1S1627)～0.803 0(D19S433)；TDP为1-4.645 5×10-20，CPE为0.999 998 822。贵州汉族人群21个STR基因座的遗传学参数见表2。

表2 贵州汉族人群21个STR基因座的遗传学参数Tab.2 Genetic parameters for the 21 STR loci in Guizhou Han peoole

2.3 贵州汉族与其他地区汉族人群比较

基于基因频率进行主成分分析结果显示(图1)，其中PC1和PC2的贡献率分别为75%和11.5%，两个成分的累计贡献率为86.5%，解释了8个人群间基因频率遗传结构差异约87%的信息；从主成分分析散点图中可以看出，贵州、北方、关中、河南、湖南及浙江汉族6个人群分布较为集中，位于PCA图的左下方；而成都和宁夏汉族与其他6个汉族人群距离较远，分别位于PCA图的左上方以及右下方；在8个汉族人群中，本文研究的贵州与湖南汉族人群距离最近，与宁夏汉族人群距离最远。根据遗传距离DA构建N-J系统发育树结果发现(图2)，除贵州和湖南汉族外，其余6个汉族人群单独聚为一支。

图1 贵州与其他7个地区汉族人群的主成分分析图Fig.1 PCA of Guizhou Han and 7 Chinese Han people of other areas

图2 贵州与其他7个地区汉族人群N-J系统发育树Fig.2 N-J phylogenetic tree between Guizhou Han and 7 Chinese Han people of other areas

3 讨论

1990年起，美国联邦调查局(Federal Bureau of Investigation，FBI)为了搜寻犯罪嫌疑人及串、并案的侦察，开始实行联合CODIS计划，筛选了13个常染色体STR基因座作为核心基因座[20-21]。目前，常染色体STR遗传标记在法医学实践中已得到广泛应用。为保证DNA数据的有效性、异地查询及DNA实验室间比对的需要，大部分商品化的STR试剂盒均以这13个基因座为基础构建，但CODIS系统中部分基因座在我国的人群中的非父排除概率及个人识别能力较低，而影响了整个系统效能，为此需要选择一些非CODIS系统的基因座作为这些商品化试剂盒的有效补充。

为了满足标准化、数据库建设及实验室间比对的要求，建议增加的基因座选用商品化的试剂盒，本文对AGCU21+1荧光检测试剂盒中包含的D6S474等21个常染色体 STR 基因座进行基因分型结果统计分析，结果表明21个常染色体STR基因座，均符合Hardy-Weinberg平衡定律(P>0.05)。除了D1S1627、D1GATA113、D1S1677、D9S1122、D17S1301及D6S474这6个基因座为中等鉴别能力的基因座外，其余的基因座均属于高度多态性基因座，其TDP为1-4.645 5×10-20，CPE为0.999 998 822。结合课题组前期对包含CODIS系统的22个常染色体STR基因座(PowerPlex Fusion试剂盒)的研究[22]，2个复合扩增系统的TDP可达到1-2.424 7×10-41，CPE可达到0.999 999 999 999 962，可以满足在疑难案件或复杂亲缘关系鉴定的需要。

有研究表明，不同地理人群之间具有不同的遗传结构[23-25]，为了明确贵州汉族与其他地区汉族的遗传关系，本研究选择了已报道的中国7个地区的汉族与贵州汉族进行组成分分析和遗传距离DA分析，对于8个地区汉族人群的比较，主成分分析图及系统发育树均显示贵州汉族与湖南汉族遗传关系最近，与北方的宁夏汉族遗传关系最远，这与地理位置相对应。处于南方地理位置的成都及浙江汉族相较于北方河南汉族与贵州汉族的亲缘关系较远，而河南汉族、北方汉族、关中汉族与宁夏汉族虽地理位置同处于北方，但宁夏汉族与其余北方汉族关系较远。这也说明了汉族人群因定居地不同，亲缘关系也不同。汉族作为我国乃至世界人口规模最大的群体，居住地理范围广，地域差距大，生活习惯各异，各地方言多样，因灾害或战争等原因有过大规模及频繁的人群迁移，各地的汉族人群相互或与其他民族进行基因的融合。通过分析不同地区的汉族群体遗传多态性的差异及遗传结构的变化，对于探索该人群的民族起源及迁移提供了分子人类学方面的科学依据及线索，有助于推进法医学亲缘关系及个人识别方面的研究。