20个常染色体STR基因座的突变分析

林钻芳

摘要：目的  分析20個常染色体STR基因座的突变情况。方法  收集2015～2018年广东经纬司法鉴定所5862例亲子鉴定案件，筛选出基因突变事件，统计基因座的突变率、突变详情，分析各STR基因座的突变规律。结果  确定为“支持”结论的5862例案件中，三联体案件3546例，二联体案件2316例，共观察到9408次减数分裂。5862例案件中201次突变事件，三联体突变次数为160次，平均突变率为0.1068%（95%CI：0.0510～0.1954），累计突变率达到2.1365%（95%CI：1.8539～2.4492）。20个STR基因座中观察到18个基因座存在突变现象，其中CSF1PO与FGA突变率最高，Penta D突变率最低，仅TH01、TPOX基因座未发现突变事件。201次突变事件中，一步突变196次，二步突变3次，三步突变2次。父源突变150次，三联体113次，二联体37次，母源突变25次，三联体21次，二联体4次，不确定父/母突变26次，父源与母源突变比例为6∶1。结论  STR基因座突变现象日益增加，其中CSF1PO与FGA突变率最高，Penta D突变率最低，父源突变多余母源突变。若出现1～3个STR基因座不符合遗传规律，特别是突变基因座为纯合子等位基因或近亲鉴定时，应谨慎分析判断突变的具体情况。

关键词：亲子鉴定;法医物证学;STR基因座;突变

中图分类号：DF79                                   文献标识码：A                                  DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.04.042

文章编号：1006-1959（2020）04-0133-03

Abstract：Objective  To analyze the mutations of 20 autosomal STR loci.Methods  A total of 5，862 paternity test cases from Guangdong Jingwei Forensic Laboratory were collected from 2015 to 2018， and gene mutation events were screened， the mutation rate and details of the mutations were counted， and the mutation rules of each STR loci were analyzed.Results  Of the 5，862 cases identified as "supporting"， 3，546 cases of triad cases and 2，316 cases of duo cases， a total of 9，408 meiotic cases were observed. There were 201 mutation events in 5862 cases， and the number of triplet mutations was 160. The average mutation rate was 0.1068%（95% CI： 0.0510～0.1954）， and the cumulative mutation rate reached 2.1365%（95% CI： 1.8539～2.4492）. Among 20 STR loci， mutations were observed in 18 loci， among which CSF1PO and FGA had the highest mutation rates and Penta D had the lowest mutation rates. Only TH01 and TPOX loci had no mutation events. Among 201 mutation events， 196 mutations occurred in one step， 3 mutations in 2 steps， and 2 mutations in 3 steps. 150 paternal mutations， 113 triplets， 37 duplexes， 25 maternal mutations， 21 triads， 4 duplexes， 26 uncertain parent/mother mutations， and ratio of paternal to maternal mutations is 6∶1.Conclusion  The mutation phenomenon of STR loci is increasing day by day. Among them， the mutation rate of CSF1PO and FGA is the highest， and the mutation rate of Penta D is the lowest. If the occurrence of 1 to 3 STR loci does not conform to the genetic law， especially when the mutation locus is a homozygous allele or the identification of a close relative， the specific situation of the mutation should be analyzed carefully.

Key words：Paternity test;Forensic physical evidence;STR loci;Mutation

短串联重复序列（short tandem repeat，STR）是核心序列为2～6个碱基的短串联重复结构，是目前法医物證鉴定中应用最广泛的长度多态性遗传标记。STR分型具有高灵敏度、高度鉴别能力以及标准化、自动分型等技术特征，已成为当前法医学亲权鉴定的主要技术。本研究对20个常染色体STR基因座进行突变情况分析，旨在增加本地区乃至全国的大样本突变数据，现报道如下。

1材料与方法

1.1样本材料  将广东经纬司法鉴定所2015～2018年确定为“支持”结论的5862例案件作为观察对象，案例样本包括血样、毛发、口腔拭子、指甲、口香糖胶块、羊水、卫生巾血迹等。

1.2 STR基因座基因型  根据GA/T383-2014标准，将检材用chelex-100的方法分别提取DNA。用PowerPlex 21（美国Promega公司）或STRtyper-21G（宁波海尔施基因科技有限公司）扩增系统对检材DNA进行扩增，经D8S1179、D21S11、D7S820、CSF1PO、D3S1358、D5S818、D13S317、D16S539、D2S1338、D19S433、VWA、D12S391、D18S51、AMEL、D6S1043、FGA、D1S1656、Penta D、Penta E、TH01、TPOX扩增，扩增产物用ABI-3130XL型基因分析仪（美国AB公司）进行荧光检测、分型，得到各基因座基因型。

1.3突变基因的确定  当发现1～3个基因座不符合遗传规律，考虑存在突变，应使用另一种试剂盒进行验证，必要时增加AGCU X-19试剂盒（无锡中德美联生物技术公司）或Y-filer试剂盒（美国AB公司）检测，若累计亲权指数（CPI）>10000且X或Y试剂盒基因型一致，则认定亲子关系。

1.4统计学处理  基因座的突变率计算公式：STR基因座突变率=（基因座检出的突变次数/基因座观察的减数分裂总次数）×100%。突变率的95%可信区间（95%CI）采用二项分布的精确概率法，通过在线软件进行计算。

2结果

2.1 STR基因座突变率结果分析  确定为“支持”结论的5862例案件中，三联体案件3546例，二联体案件2316例，其中父子案件1573例，母子案件743例，共观察到9408次减数分裂。5862例案件中共观察到201次突变事件，三联体突变次数为160次，平均突变率为0.1068%（95%CI：0.0510～0.1954），累计突变率达到2.1365%（95%CI：1.8539～2.4492）。在20个STR基因座中观察到18个基因座存在突变现象，其中CSF1PO与FGA突变率最高，Penta D突变率最低，仅TH01、TPOX基因座未发现突变事件，见表1。

2.2 STR基因座突变详情分析  201次突变事件中，一步突变196次，二步突变3次，三步突变2次。一步突变现象中增加1个重复单位80次，减少1个重复单位77次，不确定增加或减少1个重复单位39次。另外，父源突变150次，三联体113次，二联体37次，母源突变25次，三联体21次，二联体4次，不确定父/母突变26次，父源与母源突变比例为6∶1，见表2。

3讨论

突变率是指每代细胞发生突变的百分率，是评估遗传标记稳定性与亲子鉴定可靠性的指标。因此在亲子鉴定中，应选取那些突变率低的遗传标记。为了避免因遗传标记的突变而错误地排除亲子关系，法医学亲子鉴定所选用的遗传标记必须经家系调查，且至少观察500次减数分裂，选用的遗传标记突变率应低于0.2%[1]。本研究观察到18个发生突变的STR基因座突变率介于0.0319%～0.2551%，除D8S1179、CSF1P0、FGA基因座外，其余17个基因座的突变率均小于0.2%，这些基因座的多态性较高且等位基因数量众多，在使用这些基因座时要注意其高突变率，避免STR遗传标记的高突变率会导致在该基因座的错误排除。表明无论是采用21G试剂盒还是PowerPlex试剂盒，累计突变率均接近2%，即约100次减数分裂就可能遇上1～2例亲子鉴定突变，说明突变现象在亲子鉴定实践中越来越常见。

复制滑动是形成STR多态性的原因之一，也是STR基因座基因突变的主要原因。复制滑动突变多表现为等位基因增加或减少一个重复单位。本研究201次突变事件中，一步突变196次，二步突变3次，三步突变2次。表明一步突变明显多于多步突变，与大多数研究结果一致[3，4]。此外，一步突变现象中增加1个重复单位80次，减少1个重复单位77次，不确定增加或减少1个重复单位39次，可见一步突变中增加与减少1个重复单位的比例相当。STR基因突变与性别有关，有研究显示[5]，父源突变比母源突变要多，原因是男性精子细胞分化经历的细胞分裂次数比卵细胞多10倍，其次是精子染色体中碱基替换的积累比卵细胞快2倍。本研究显示中父源突变与母源突变的比例是6∶1，具有明显的性别差异，与上述研究结果一致，但与张林等[6]研究结果不一致，产生差异的原因可能与研究群体结构、民族、地域、数量等有关。

因引物结合区域的突变而非重复结构的突变导致其在单一STR基因座上出现不一致被称为无效等位基因，可能存在于父母或者孩子，表现为不符合等位基因的遗传[7-9]。本研究中有1例二联体父子一步突变，在加入母亲鉴定并使用另一种厂家试剂盒对突变进行复核确认时，发现父亲假纯合子突变;又1例为三联体母子三步突变，在使用另一种厂家试剂盒对突变进行复核确认时，发现孩子假纯合子突变。因此，当遇到基因突变特别是纯合子突变时，应使用不同厂家试剂盒对样本进行重新检测，防止因等位基因丢失的突变现象。

综上所述，STR基因座突变现象日益增加，其中CSF1PO与FGA突变率最高，Penta D突变率最低，父源突变多余母源突变。在亲子鉴定检案中1～3个STR基因座不符合遗传规律时，有条件的实验室可增加基因座数目、使用新一代测序技术来检测，当遇到基因座突变时，应使用另一种试剂盒进行复核确认，单亲案件尽量让父母双方都加入鉴定中，近亲鉴定案件尽量让生物学父母加入鉴定，或加做X、Y染色体的遗传信息来帮助确定个体间的亲缘关系，以提高鉴定结论的可靠性。

参考文献：

[1]侯一平，王保捷，李莉.法医物证司法鉴定实务[M]北京：法律出版社，2012.

[2]陈玲，刘超，邱平明，等.STRtyper-10G系统9个STR基因座突变分析[J].中国法医学杂志，2014，29（5）：420-423.

[3]邱平明，陈玲，余嘉欣，等.法医学常用15个STR基因座的突变分析[J].分子诊断与治疗杂志，2016，8（4）：222-226.

[4]毕洁，畅晶晶，李妙霞，等.20723例亲子鉴定中19个STR基因座的突变分析[J].中国法医学杂志，2017，33（3）：263-266.

[5]帅莉，汪军，景强，等.1483例亲子鉴定STR基因座突变的分析[J].法医学杂志，2014，30（1）：44-46

[6]张林，王克杰，武红艳，等.河南汉族群体20个常用STR基因座突变分析[J].中国法医学杂志，2017，32（1）：33-35.

[7]胡利平，聂爱婷，张秀峰，等.云南人群1199例亲子鉴定案件基因突变分析[J].广东医学，2016，37（9）：1370-1372.

[8]赵佩翔，陈鹏宇，于丽梅.法医物证检验中常染色体STR位点突变的研究进展[J].遵义医学院学报，2019，42（3）：350-354.

[9]孟庆丽，于卫建，叶萍，等.41例常染色体STR基因座突变的观察与分析[J].中国法医学杂志，2011，26（4）：313-314.

收稿日期：2019-12-20;修回日期：2019-12-30

编辑/杜帆