四川汉族人群19个STR常染色体基因座多态性及法医学应用

黄云 ，王玉卓 ，宋凤

（1.四川大学华西基础医学与法医学院，四川 成都 610041；2.四川求实司法鉴定所，四川 成都 610011）

短串联重复（short tandem repeat，STR）在人类基因组中分布广泛，是一类具有高度多态性的核苷酸序列，具有易于检测、分型准确快速、自动化和标准化程度高等特点，现已广泛应用于法医学个体识别、亲子鉴定和群体遗传学研究。为保证DNA数据库的有效性和可比对性，目前大部分商品化STR试剂盒均包含美国联邦调查局（Federal Bureau of Investigation，FBI）推荐的13个DNA联合索引系统（combined DNA index system，CODIS）STR基因座。中国作为世界上人口最多的国家，拥有最大的国家执法DNA数据库，获得不同地区不同民族的STR基因座的基因分型和频率对数据库的建设和STR基因座在该人群中的科学准确应用至关重要。

本研究采用Goldeneye®DNA身份鉴定系统20A对1 201例四川汉族无关个体的19个STR基因座（D19S433、D5S818、D21S11、D18S51、D6S1043、D3S1358、D13S317、D7S820、D16S539、CSF1P0、Penta D、vWA、D8S1179、TPOX、Penta E、TH01、D12S391、D2S1338、FGA）的遗传多态性进行检测分析，并与我国其他12个已报道群体的遗传关系进行比较，评估其个体识别、亲子鉴定和群体遗传学研究中的法医学应用价值。

1 材料与方法

1.1 样本

经知情同意，随机采集四川各地区1201例（男性674例，女性527例）汉族无关个体血样1mL，乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）抗凝。

1.2 实验方法

采用Chelex-100法提取基因组DNA。根据试剂盒说明书，采用Goldeneye®DNA身份鉴定系统20A［基点认知技术（北京）有限公司］对19个常染色体STR基因座进行分型，在9700型PCR仪（美国Applied Biosystems公司）上进行PCR扩增。PCR扩增产物在3500xL基因分析仪（美国Applied Biosystems公司）进行电泳分离，原始数据采用GeneMapper®ID-X软件（美国Thermo Fisher Scientific公司）进行等位基因分型。检测时，以9947A DNA为阳性对照，以纯水为阴性对照。

1.3 统计学分析

采用Modified-Powerstate软件[1]进行统计学分析，获得四川汉族人群19个STR基因座的等位基因频率、等位基因数量、杂合度（heterozygosity，HE）、个体识别率（discrimination power，DP）、匹配概率（matching probability，MP）、多态信息含量（polymorphism information contents，PIC）、三联体非父排除率（probability of exclusion of trios-testing，PEtri），二联体非父排除率（probability of exclusion of duos-testing，PEduo），进行Hardy-Weinberg平衡检验，并计算累积个体识别率（cumulative discrimination power，CDP）、累积三联体非父排除率（cumulative probability of exclusion of trios-testing，CPEtri）和累积二联体非父排除率（cumulative probability of exclusion of duos-testing，CPEduo）。与其他12个已报道群体[2-13]共有的19个基因座进行比较，采用Phylip 3.695软件包（Joe Felsenstein编制）计算群体间的Nei’s遗传距离（Rst），应用SPSS 19.0[14]（美国IBM公司）进行多维尺度（multidimensional scaling，MDS）分析和主成分分析（principal component analysis，PCA），应用Mega 7.0软件包[15]分析并构建相邻连接（neighbour-joining，NJ）系统发生树。

2 结 果

2.1 等位基因频率分布

1 201例四川汉族无关个体中，19个STR基因座的等位基因及等位基因频率见表1。共检出245个等位基因，其频率分布于0.0004～0.5291。

表1 四川汉族群体19个STR基因座的等位基因频率Tab.1 Allele frequencies of 19 STR loci in Sichuan Han population （n=1201）

续表1Continued tab.1

2.2 群体遗传学参数

四川汉族19个STR基因座的群体遗传学参数见表2。其中，各基因座等位基因数量7～26个，HE为0.6170～0.9151，DP为0.7774～0.9865，MP为0.0135～0.2226，PIC为0.5464～0.9108，PEtri为0.3118～0.8263，PEduo为 0.197 9～0.712 1。经 Hardy-Weinberg平衡检验，所有基因座P值均大于0.05，为0.080 7～0.983 1，各基因座基因型分布情况符合Hardy-Weinberg平衡。CDP为0.999 999 999 999 999 999 999 991，CPEtri为0.999999996093037，CPEduo为0.99999312。

2.3 13个群体间的遗传距离及系统发生树

根据四川汉族与其他12个已报道群体间[2-13]的19个STR基因座计算得到Nei’s遗传距离（表3）。表3可见，四川汉族与湖北汉族差异最小（Rst=0.0017），与先前报道的其他汉族群体[2-5，7-8，10-11，13（]0.002 0＜Rst＜0.015 4）、云南白族[6（]Rst=0.004 6）及海南黎族[12（]Rst=0.0286）遗传距离较近，与新疆维吾尔族差异最大（Rst=0.045 2）。根据四川汉族与12个群体间的遗传距离构建的系统发生树见图1。图中，新疆维吾尔族单独聚类，四川汉族与其他11个群体聚为一类。MDS分析结果显示，四川汉族与四川汉族1、湖北汉族、云南汉族、重庆汉族、上海汉族和福建汉族在MDS图上分布在图中心偏上且聚为一簇，海南黎族位于图左上象限，而新疆维吾尔族位于左下象限（图2）。在人群PCA分析图上可见新疆维吾尔族和海南黎族分布位置相对较远，四川汉族与其他10个群体相对聚集（图3）。

表2 四川汉族19个STR基因座的群体遗传学参数Tab.2 Population genetic parameters of 19 STR loci in Sichuan Han population

表3 四川汉族已报道的12个群体间19个STR基因座计算得到的Nei’s遗传距离（Rst）Tab.3 Nei’s genetic distances calculated from 19 STR loci between Sichuan Han and 12 previously reported populations

图1 13个中国群体的系统发生树Fig.1 Phylogenetic tree of 13 Chinese populations

图2 13个中国群体的MDS分析Fig.2 MDS analysis of 13 Chinese populations

图3 13个中国群体的PCA分析Fig.3 PCA analysis of 13 Chinese populations

3 讨 论

四川省位于中国西南腹地，东邻重庆，西衔西藏，北接甘肃、陕西、青海，南连云南、贵州。四川为多民族聚居地，据第六次人口普查数据，此地居住人口超过8 041万人，其中汉族人口约占94%，其余55个少数民族约490.8万人常住于此[16]。汉族和少数民族间的起源和基因的遗传多样性一直是近年来的研究热点，作为中国连接要塞的四川，明确其汉族人群的遗传多态性和邻近群体的遗传关系对准确评估涉及四川汉族人群的亲权鉴定、个体识别、数据库建设和群体遗传学探究有重要意义。

本研究结果显示，四川汉族群体在19个STR基因座上都符合Hardy-Weinberg平衡定律，表明采样随机，符合群体统计分析要求，分型数据可信。本研究中，除TPOX基因座外，其他基因座的DP均大于0.8，具有高度多态性。且按照乘积定律计算，这19个STR基因座CDP高达0.999 999 999 999 999 999 999 991，CPEtri为 0.999 999 996 093 037，CPEduo为 0.999 993 12。本研究结果表明，Goldeneye®DNA身份鉴定系统20A在四川汉族人群中具有高度的多态性和较好的鉴别能力，适用于该地区群体法医学个体识别和亲权鉴定案件评估。

通过四川汉族与已报道的12个群体之间的遗传距离比较，与新疆维吾尔族显示出较大的遗传差异，其次是海南黎族（Rst=0.0286）、山东汉族（Rst=0.0154）、贵州汉族（Rst=0.0137）、江苏汉族（Rst=0.0098）和云南白族（Rst=0.004 6）。与湖北汉族遗传距离最小（Rst=0.001 7），其次是云南汉族（Rst=0.002 0）、重庆汉族（Rst=0.0031）、上海汉族（Rst=0.0031）和福建汉族（Rst=0.0034）。这些群体中，新疆维吾尔族属于阿尔泰语系，而其他群体属于汉藏语系，这可能与不同语系群体之间具有遗传差异有关。山东、贵州和海南因其特殊的地理结构和位置，对其与其他地区群体基因交流有一定的影响，故遗传距离相对较远。而与四川汉族遗传距离小的群体均为地理邻近种群。此外，也可能与清初时期“湖广填四川”的历史沿革有关[17]。地理邻近和群体混合更易产生基因交流，所以群体间共享相同的等位基因频率高，表现为遗传距离相对较近[18]。

综上所述，本研究通过对四川汉族人群19个常染色体STR基因座的遗传多态性进行调查，获得了该群体的等位基因分布等遗传多态性数据，并与不同地域不同群体进行遗传关系比较分析表明，GoldeneyeTM20A身份鉴定检测系统19个STR基因座在四川汉族人群中具有高度的多态性和较好的鉴别能力，为该地区法医学个体识别、亲权鉴定和群体遗传学研究提供了数据基础。