新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族人群20个STR基因座的遗传多态性研究

杨 秀，牟 睿，曹雨薇，王 郗，李春香，蔡君成，刘焕杰，马温华

（1. 新疆石河子市公安局，新疆 832000；2. 公安部物证鉴定中心，北京 100038；3.北京市现场物证检验 工程技术研究中心，北京 100038）

DNATyperTM21试剂盒［1］是公安部物证鉴定中心继DNATyperTM15、DNATyperTM19试剂盒［2-4］后研发的一款五色荧光STR复合扩增试剂盒。该试剂盒包含20个常染色体STR基因座：D18S51、D21S11、D3S1358、FGA、D8S1179、vWA、CSF1PO、D16S539、D7S820、D13S317、D5S818、D2S1338、D19S433、D12S391、TPOX、D1S1656、TH01、Penta E、Penta D和D6S1043，其中13个DNA联合索引系统（combined DNA index system，CODIS）核心基因座，7个CODIS拓展基因座。新疆自古以来就是多民族的聚居区，在166万平方公里的土地上聚居着汉族、维吾尔族、哈萨克族、回族、蒙古族、柯尔克孜族等47个民族。二战以后，中国各地的汉族人群大量涌入新疆，致使新疆的汉族遗传信息受到当地其他民族的影响，形成了特有的遗传多态性人群。回族先民的种族成份相当复杂，是长期历史发展过程中众多民族、种族在中国大地融合的结果［5］。本研究对新疆石河子地区的哈萨克族、回族、汉族3个民族共计1 800人的20个常染色体STR基因座进行了遗传多态性调查，旨在为人类群体遗传学领域的应用研究提供基础法医学参数。

1 材料与方法

1.1 样本

根据知情同意原则，选取新疆石河子地区1 800个无关个体采集血液样本制成血卡，其中汉族、回族、哈萨克族各600人。

1.2 仪器与试剂

Eppendorf PCR扩增仪（德国艾本德公司），3500xL基因分析仪（美国Thermo Fisher Scientific公司），血样采集卡（长春市博坤生物科技有限公司），DNA TyperTM21试剂盒（公安部物证鉴定中心）。

1.3 DNA扩增及STR分型

按照DNA TyperTM21试剂盒说明书进行直扩，扩增产物使用3500xL型基因分析仪进行毛细管电泳检测，并应用GeneMapper ID-X 1.5软件（美国Thermo Fisher Scientific公司）进行基因型分析。

1.4 数据分析及统计学处理

应用PowerStats v12［6］分析软件对20个常染色体STR基因座数据进行分析处理，得到等位基因的基因频率（frequency，F）、杂合度（heterozygosity，H）、个体识别能力（discrimination power，DP）、多态性信息含量（polymorphic information content，PIC）、非父排除率（probability of paternity exclusion，PE），累积个体识别能力（total probability of discrimination power，TDP），累积二联体与三联体的非父排除概率（cumulative probability of exclusion，CPE）。

用Arlequin v3.5［7］软件对检测结果进行Hardy-Weinberg平衡检验、连锁不平衡分析，并对群体间等位基因频率进行比较。应用软件Phylip-3.695［8］计算群体间的Nei’s遗传距离。基于Nei’s遗传距离的计算，在系统发育树作图网站iTOL（https://itol.embl.de/）中构建系统发生树。

2 结果与分析

2.1 20个STR基因座的遗传多态性

表1为各基因座等位基因频率分布。新疆石河子地区哈萨克族600例样本中20个STR基因座共发现231个等位基因，等位基因频率分布在0.000 8～0.500 8范围内。回族600例样本中20个STR基因座共发现237个等位基因，等位基因频率分布在0.000 8～0.533 4范围内。汉族600例样本中20个STR基因座共发现253个等位基因，等位基因频率分布在0.000 8～0.541 0范围内。

表1 （续）Tab. 1 (continued)

表1 （续）Tab. 1 (continued)

表1 新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族20个STR等位基因的频率表（n=600）Tab. 1 The allele frequencies of 20 STR loci of Kazakh, Hui and Han population in Shihezi region of Xinjiang（n=600）

表2为群体遗传学参数。H、DP、PIC和PE是衡量遗传标记在法医物证学和群体遗传学等研究领域的重要指标。Gill等［9］和John等［10］将DP≥0.9、H≥0.7的基因座作为高鉴别能力的遗传标记物。新疆石河子地区哈萨克族人群中TPOX、CSF1PO、D3S1358、D5S818这4个STR基因座的DP＜0.9，与刘胜等［11］、刘亚举等［12］的报道一致；回族和汉族人群中TPOX、TH01、CSF1PO、D3S1358这4个STR基因座的DP＜0.9，与相关文献［13-18］的报道是一致的。虽然这5个基因座的个体识别能力欠佳，但在数据库中有已大量数据，故仍需继续应用。其他的15个STR基因座均具有高个体识别力、高杂合度和高信息量。在这3个民族中，Penta E基因座的基因型数都是最多的，各项参数指标也最优，鉴别能力也最高。TH01基因座的鉴别能力在哈萨克族人群中比在另外2个人群中更高。这可能是因为该基因座为CODIS和ESS位点，更适合欧美人群，而哈萨克族人群的祖先成分中占有较多的欧洲成份［19］。

表2 新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族20个STR基因座的群体遗传学参数（n=600）Tab. 2 Genetic parameters of 20 STR loci of Kazakh, Hui and Han population in Shihezi region of Xinjiang（n=600）

应用软件Arlequin v3.5检验发现各人群20个基因座的基因型均符合Hardy-Weinberg平衡定律。各人群20个STR基因座之间均不存在连锁不平衡，可采用乘积原理进行群体遗传学参数的计算。3个民族20个STR基因座系统的法医学参数见表3。

表3 新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族20个STR基因座系统的法医学参数（n=600）Tab. 3 Total parameters of 20 STR loci of Kazakh, Hui and Han population in Shihezi region of Xinjiang（n=600）

用Arlequin v3.5软件对本研究和上述报道中的等位基因频率进行分析，结果见表4。与石河子哈萨克族人群相比，和田地区哈萨克族人群（n=1 130）［11］的遗传差异无统计学意义，新疆哈萨克族人群（n=550）［12］只有FGA这1个基因座的基因频率差异有统计学意义；与石河子回族人群相比，甘肃回族（n=1 038）［13］有D19S433、D3S1358这2个基因座的基因频率差异有统计学意义，沧州回族（n=641）［14］有FGA、Penta E 2个基因座的基因频率差异有统计学意义，长沙回族（n=200）［15］有D12S391、D1S1656、D6S1043、D8S1179、PentaD、TPOX、D2S1338 7个基因座的基因频率差异有统计学意义；与石河子汉族人群相比，新疆汉族（n=1 066）［16］的遗传差异无统计学意义，巴州汉族（n=269）［17］有TH01、Penta E、TPOX 3个基因座的基因频率差异有统计学意义；28个省的汉族（n=9 126）［18］只有D21S11这1个基因座的基因频率差异有统计学意义。

表4 新疆石河子地区3个群体与相关人群等位基因频率分布差异检验结果（P值）Tab. 4 The results of difference of allele distributions between the three populations in Shihezi region of Xinjiang and their corresponding populations (P value)

2.2 遗传距离及系统发生树

分别选择新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族3个民族群体和ALLST*R数据库中全球45个人群的18个（D1S1656与D6S1043除外）常染色体STR基因座的等位基因频率，应用Phylip-3.695软件和系统发育树作图网站iTOL构建系统发生树（图1）。因为D1S1656与D6S1043基因座在ALLST*R数据库中数据太少，所以在后续分析中未被纳入。

图1 新疆石河子地区3个群体和全球45个群体的系统发生树Fig. 1 Phylogenetic tree among 3 Xinjiang populations in Shihezi and 45 populations in the world

本研究绘制的系统发生树呈现出了三大分支，亚洲群体相互聚集为一个分支（新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族属于这一分支），欧洲的群体相互聚集为一支，其他北美洲、南美洲、非洲群体混杂为一分支，而来自同一大陆的群体间遗传关系更为紧密。

分别选择新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族共3个民族群体的20个常染色体STR基因座的等位基因频率，应用软件Phylip-3.695计算群体间的Nei’s 遗传距离（表5）。其中，新疆汉族群体与回族遗传距离最近（0.007 6），与哈萨克族遗传距离最远（0.066 2）。

表5 Nei’s 标准计算新疆石河子地区3个群体遗传距离结果Tab. 5 Nei’s standard genetic distance among 3 Xinjiang populations in Shihezi

3 讨论

群体遗传学数据的结果表明，DNA TyperTM21试剂盒可以用于新疆石河子地区哈萨克族、回族、汉族群体的个体识别、亲缘关系鉴定以及DNA数据库的建立。等位基因频率分布差异检验结果显示，新疆石河子地区回族与长沙地区回族之间的遗传差异是最大的。回族是一个具有悠久历史和古老文化的民族，在居住上呈现“大分散，小集中”的特点［5］。在本研究所调查的群体中，石河子地区回族和长沙地区回族在地理距离上是最远的，因此遗传差异也最大，此外这种差异还可能与抽样数量和抽样方式有关。有研究表明，当疑难生物检材的DNA检测结果中只有部分STR基因座检出时，以本民族、本群体的频率资料为基础数据更为科学，因此不同地区不同民族应当分别进行遗传多态性研究［20］。本研究得到的数据为该地区的群体遗传学和法医学应用提供了基础数据支持。

回族、哈萨克族属突厥语系下的西匈语支，哈萨克族过着游牧生活，与生活在城区的汉族、回族交流较少，因此积累着自己的祖系基因。由系统发生树可以看出，新疆石河子地区哈萨克族人群与汉族、回族人群间的遗传距离远，汉族与回族群体遗传距离较近，与李生斌［21］的研究结果是一致的。而且各民族之间的遗传关系与历史形成、地理分布、语系划分基本是一致的。