浦东地区汉族人群23 个常染色体STR 基因座的遗传多态性

张枭，王斌，张公赢，田君哲，贺子唯，何曦，赵一琦，姚智卿，田露，李士林

1.复旦大学生命科学学院人类学与人类遗传学系，上海 200438；2.上海市公安局浦东分局刑事科学技术研究所，上海 200120

短串联重复序列（short tandem repeat，STR）是由2～6 bp 的核心序列串联重复组成，广泛分布于人类基因组中，具有丰富的多态性，主要应用于法医物证鉴定、个体识别、群体遗传学研究[1-4]。1990 年美国联邦调查局实施联合DNA 检索系统（combined DNA index system，CODIS）计划，其中包括13 个常染色体STR 基因座（CSF1PO、D3S1358、D5S818、D7S820、D8S1179、D13S317、D16S539、D18S51、D21S11、FGA、TH01、TPOX、vWA）。目前许多商品化试剂盒都是在CODIS 基因座的基础上构建的，基因座数量一般在15～21 个，VersaPlexTM27PY 系统（美国Promega 公司）在CODIS 的基础上增加了10 个常染色体基因座和3 个Y 染色体基因座（DYS576、DYS570、DYS391）。基因座数量的增加可以提高鉴别能力，丰富遗传信息多态性，以适应案件调查和群体遗传学研究的需要。

上海浦东地区位于黄浦江东，东临黄海，南临杭州湾，根据第七次人口普查数据，浦东地区常住人口568.15 万人[5]。本研究应用VersaPlexTM27PY 系统对上海浦东地区700 例汉族无关个体血液样本的23 个常染色体STR 基因座的遗传多态性进行调查，并与其他16 个国内人群进行群体遗传结构分析，旨在评估23 个常染色体STR 基因座在上海浦东地区的个体识别和群体遗传学研究等方面的应用价值。

1 材料与方法

1.1 样本

基于知情同意原则，随机采集700 例上海浦东地区汉族无关个体（三代以上居住在浦东地区的本地人）的外周血样本，血液样本保存于FTA 采血卡（英国Whatman 公司）。本研究已通过复旦大学伦理委员会的批准（审批文号：BE1806）。

1.2 实验方法

使用1.0 mm 手动打孔器（上海锦博生物技术有限公司）将FTA 采血卡剪切成1 mm×1 mm 样本，采用Chelex-100 法[3]提取基因组DNA。根据试剂盒说明书，采用VersaPlexTM27PY 系统[6]对23 个常染 色体STR 基因座（D3S1358、D1S1656、D2S441、D10S1248、

D13S317、Penta E、D16S539、D18S51、D2S1338、CSF1PO、Penta D、TH01、vWA、D21S11、D7S820、D5S818、TPOX、D8S1179、D12S391、D19S433、D6S1043、D22S1045、FGA）进行分型。使用9700 型PCR 仪（美国Applied Biosystems 公司）进行扩增。按照Hi-DiTM甲酰胺（美国Applied Biosystems 公司）950 μL 和GeneScanTM500 LIZTM染料片段标准品（美国Applied Biosystems 公司）50 μL 配制混合液，分装时每孔加入9.5 μL 混合液 和1 μL PCR 产物，使用3500xL 基因分析仪（美国Applied Biosystems 公司）进行毛细管电泳分离。

使用GeneMapperTMID-X软件（美国Thermo Fisher Scientific 公司）[7]进行基因分型。

1.3 数据分析

采用直接计数法计算浦东地区汉族人群23 个常染色体STR 基因座的等位基因频率。采用RStudio 软件（R 4.1.2，https://www.rstudio.com/）计算群体遗传学参数，包括Ho、He、DP、PE、Pm 和PIC。与国内其他16 个群体（北方汉族选择5 个参考人群，包括吉林汉族[8]、黑龙江汉族[9]、河北汉族[10]、内蒙古汉族[11]、山东汉族[12]；南方汉族选择7 个参考人群，包括湖北汉族[13]、广东汉族[14]、福建汉族[15]、江苏汉族[16]、江西汉族[17]、湖南汉族[18]、四川汉族[19]；南方少数民族选择2 个参考人群，包括贵州苗族[20]、云南彝族[21]；北方少数民族选择2 个参考人群，包括新疆维吾尔族[22]、青海藏族[23]）共有的15 个基因座进行比较，收集15 个共有基因座等位基因频率原始数据，使用Phylip 3.695 软件[24]（https://evolution.gs.washington.edu/phylip/）计算群体间Nei’s 遗传距离。使用Mega X 软件[25]（https://www.megasoftware.net/）基于邻接法（neighbor-joining，NJ）构建系统发育树[26]。

2 结果

2.1 等位基因频率分布

对上海浦东地区700 例汉族无关个体的23 个常染色体STR 基因座进行检测，共观察到277 个等位基因，其频率分布在0.000 7～0.517 1（表1）。

表1 浦东地区汉族人群23 个常染色体STR 基因座的等位基因频率分布Tab.1 Allele frequency distribution of 23 autosomal STR loci in Pudong Han population （n=700）

2.2 群体遗传学参数

上海浦东地区汉族人群23 个常染色体STR 基因座的群体遗传学参数见表2。Ho 分布在0.631 4～0.890 0，Pm 分布在0.014 0～0.208 2，DP 分布在0.791 8～0.986 0，PE分布在0.330 3～0.775 0，PIC分布在0.732 3～0.985 8。经Bonferroni 矫正后（P=0.05/23=0.002 17），各位点P值均大于0.002 17。本研究群体符合Hardy-Weinberg 平衡。

表2 浦东地区汉族人群23 个常染色体STR 基因座的群体遗传学参数Tab.2 Population genetic parameters of 23 autosomal STR loci in Pudong Han population （n=700）

续表1Continued Tab.1

续表2Continued Tab.2

2.3 群体间遗传结构分析

根据上海浦东地区汉族人群和其他16 个地区人群的成对Nei’s 遗传距离构建系统发育树（图1），2 个北方少数民族人群聚类在一起，5 个北方汉族人群显示出更近的遗传关系，上海浦东汉族和江苏汉族人群聚类在同一个分支下，湖北汉族、江西汉族、福建汉族、湖南汉族、广东汉族人群显示出更近的遗传关系，四川汉族人群与云南彝族、贵州苗族人群聚类在一个分支下，四川汉族人群和贵州苗族人群的遗传关系更近。

图1 17 个人群间的系统发育树Fig.1 Phylogenetic tree of 17 populations

3 讨论

本研究获得了上海浦东地区700 例汉族无关个体23 个常染色体STR 基因座的基因分型。23 个STR基因座的PIC 值较高，均大于0.7（PIC 值大于0.5 表明该基因座具有高度的遗传多态性[27]），可以对浦东地区人群进行个体识别和亲缘鉴定。除了TPOX基因座（DP 值为0.791 8）外，其他基因座的DP 均大于0.8，各基因座具有较高的分辨率。

2009 年，LI 等[28]应 用PowerPlex®16 Monoplex System 试剂盒（美国Promega 公司）对上海崇明地区汉族人群17 个常染色体STR 基因座进行分析，结果显示，D3S1358、TH01、TPOX、CSF1PO4 个基因座的PIC值分别是0.676 2、0.594 3、0.568 4、0.690 6。本研究结果显示，这4 个基因座在浦东地区汉族人群中的PIC值分别是0.856 9、0.779 4、0.732 3、0.881 5，这说明崇明地区和浦东地区人群在同一基因座上的遗传多态性具有一定的差异。2014年，XIE等[29]使用PowerPlex®21 System 试剂盒（美国Promega 公司）对上海汉族人群20 个常染色体STR 基因座进行研究，结果显示，TPOX、CSF1PO基因座的PIC 值分别为0.551 8 和0.693 7。本研究结果显示，TPOX、CSF1PO基因座在浦东地区汉族人群中的PIC 值分别是0.732 3 和0.881 5，说明这两个基因座对浦东地区汉族人群的区分能力更 强。2018 年，SHENG 等[30]使 用SiFaSTRTM23plex DNA 身份鉴定系统（司法鉴定科学研究院研发）对上海汉族人群21 个STR 基因座进行分析，结果显示，TPOX基因座的DP 值为0.796 4。本研究结果显示，TPOX基因座在浦东地区汉族人群中的DP值为0.791 8，表明TPOX基因座在上海人群中的DP 略低于其他基因座。

通过Nei’s 遗传距离矩阵构建的系统发育树表明，进化树的整体形态呈现出南北方人群分层。南方汉族人群（湖北汉族、江西汉族、福建汉族、湖南汉族、广东汉族）之间具有更密切的遗传关系。上海浦东汉族和江苏汉族人群作为中部汉族人群的代表，遗传关系更紧密。浦东地区在地理位置上更接近江苏，因此，常染色体STR 的遗传结构更为相似。北方汉族人群（内蒙古汉族、山东汉族、吉林汉族、河北汉族、黑龙江汉族）在系统发育树中彼此靠近。值得注意的是，四川汉族人群和云南彝族、贵州苗族人群的关系较近，可能是因为云贵川地区少数民族人群较丰富，人群的遗传交流较频繁。以往有研究基于全基因组关联分析显示出中国汉族人群内部遗传结构，如XU等[31]将中国汉族人群划分为北方汉族人群、中部汉族人群和南方汉族人群。本研究系统发育树显示出中国人群的遗传结构与地理位置相吻合的结果，进一步验证了地理位置邻近的群体更易发生遗传交流。由此可见，常染色体STR 能够反映人群间遗传结构的差异。

综上所述，23 个常染色体STR 基因座在上海浦东地区汉族人群中有较高的多态性和人群区分能力，VersaPlexTM27PY 系统可以满足法医学个体识别和亲权鉴定方面的应用。此外，本研究的常染色体STR 数据可以为群体遗传学中人群遗传结构的比较提供原始数据。