鲁西汉族人群19个常染色体STR基因座的遗传多态性研究
张磊, 孙璐
聊城市公安局刑科所,山东 聊城 252000

第一作者简介:张磊,男,山东茌平人,学士,主检法医师,主要从事法医物证检验工作。E-mail:zl308483@sina.com.cn

摘要

目的 调查19个常染色体STR基因座在鲁西地区汉族中的等位基因分布,并研究其法医学应用价值。方法 对鲁西地区汉族506例无血缘关系个体,采用GoldenEye试剂盒进行检测,电泳后使用Genemapper ID v3.2软件进行分析,获取其19个基因座的数据资料。结果 19个常染色体STR基因座的累积个体识别能力(CDP)为1-4.913 858×10-20,累积非父排除率(CPE)为1-7.619 621×10-9结论 19个常染色体STR基因座在鲁西汉族人群中呈高度多态性,对法医学亲子关系鉴定具有较大价值,对法医物证检验与研究具应用价值。

关键词: 法医遗传学; 遗传多态性; STR分型检测; STR基因座; 鲁西地区汉族
中图分类号:DF795.2 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2019)02-0113-04
Genetic Polymorphism of 19 Autosomal STR Loci of Han Population in Western Shandong Area
ZHANG Lei, SUN Lu
Institute of Criminal Science and Technology of Liaocheng Public Security Bureau, Liaocheng 252000, Shandong, China
Abstract

Objective To investigate the allelic distribution of 19 autosomal STR loci among Han population in western Shandong provincial area and explore its forensic value.Methods 19 autosomal STR (D8S1179, D21S11, D18S51, vWA, D3S1358, FGA, TH01, D5S818, D13S317, D7S820, CSF1PO, D16S539, TPOX, D2S1338, D19S433, PentaD, PentaE, D6S1043, D12S391) genotypes of 506 unrelated individuals from Han population in western Shandong area were detected by GoldenEye kit and analyzed with Genemapper ID v3.2 software after electrophoresis, with their genetic parameters being calculated.Results The 19 autosomal STR loci conform to Hardy-Weinberg equilibrium ( P >0.05), with the cumulative discriminative power (CDP) being 1-4.913858×10-20 and the combinatorial PE (CPE) as 1-7.619621×10-9.Conclusions The 19 autosomal STR loci are highly polymorphic in Han population among the western Shandong area, showing great value in paternity test and applicability for forensic identification.

Key words: forensic genetics; genetic polymorphism; STR typing; STR loci; Han population of western Shandong area

短串联重复序列(short tandem repeats, STR)是法医物证鉴定中应用最广泛的长度多态性遗传标记[1]。其重复序列短, 仅2~6 bp; 重复次数少, 一般在10~60次; 序列总长度较短, 等位基因序列长度多在400 bp以下; 在基因组中分布广泛, 平均每10 kb出现一个[2, 3, 4]。因为STR基因座杂合子个体的二个等位基因大小比较相近, 故其适合于PCR扩增而少有优先扩增的问题出现。STR基因座分析方法简便、判型准确, 分型程序明确、规范, 分型结果图形简单, 更使其有利于实现DNA分型的标准化和自动化, 有利于DNA分型数据的计算机存储与联网检索, 因此, 在法医学个体识别中应用非常普遍[5, 6, 7]

1 材料与方法
1.1 样本来源

按知情同意原则, 从鲁西地区全部乡镇选取506名汉族无关个体并采集其样本, 以血卡形式保存。

1.2 DNA提取和PCR扩增

使用Chelex-100法提取DNA, 采用GoldenEye试剂盒(基点认知公司)以9700型PCR扩增仪(美国AB公司), 对D8S1179、D21S11、D18S51、vWA、D3S1358、FGA、TH01、D5S818、D13S317、D7S820、CSF1PO、D16S539、TPOX、D2S1338、D19S433、PENTA_D、PENTA_E、D6S1043、D12S391等共19个STR基因座进行扩增。扩增体系为10 μ L, 其中提取产物1μ L, 热循环条件:96 ℃、2 min; 94 ℃、5 s, 60 ℃、70 s, 循环30次; 60 ℃、30 min。

1.3 STR分型

取1 μ L PCR产物加入含10 μ L甲酰胺和0.3 μ L内标的混合液中, 在3130xL型遗传分析仪(美国AB公司)上进行毛细管电泳。使用GeneMapper ID v3.2软件进行分型。

1.4 统计学分析

所取19个常染色体STR基因座的基因型观察值和期望值, 经$x^{2}$检验($x^{2}$=∑ [(fo-fc)2/fc]), 所有基因座均无显著性差异(P > 0.05), 符合Hardy-Weinberg平衡。19个STR基因座在鲁西地区汉族中的杂合度(heterozygotes, He)、个体识别能力(probability of discrimination, DP)、多态性信息含量(polymorphism information content, PIC)、非父排除率PE(probability of exclusion, PE)等见表1。各基因座等位基因频率分布见表2

表1 19个STR基因座群体遗传学参数(n=506) Table 1 Population genetic parameters of 19 STR loci (n=506)
表2 鲁西汉族人群19个STR基因座等位基因频率分布(n=506) Table 2 Allelic frequency distribution of 19 STR loci of Han population in western Shandong area (n=506)
2 结果

He、DP、PIC、PE通常用来衡量遗传标记的多态性程度及其在法医学中的应用价值, 本实验统计结果表明所选取的19个STR基因座在鲁西汉族人群中基因频率分布符合Hardy-Weinberg平衡[8]P> 0.05)。Gill[9]研究发现DP> 0.9、PE> 0.5的基因座具有高鉴别力, 本文19个基因座中FGA、D5S818、D13S317、D16S539、D2S1338、PENTA_D、PENTA_E、D6S1043因其DP值分别为0.963、0.953、0.995、0.944、0.91、0.923、0.941、0.924, 即均大于0.9, 而PE值分别为0.736、0.726、0.600、0.717、0.683、0.596、0.714、0.697, 也均高于0.5, 故可归属为高鉴别力基因座; 其余基因座则未达到该要求。He值在0.572-0.901之间, 说明在该群体内有明显遗传差异; PIC值在0.632-0.882之间, 均大于0.5, 显示这些基因座的多态性相对较好。经计算, 该19个常染色体STR基因座的累积识别能力(CDP)为1-4.913 858× 10-20=0.999 999 999, 累积非父排除率(CPE)为1-7.619 621× 10-9=0.999 999 992, 说明这19个基因座对法医遗传学个体识别有重要的基础性支撑作用[10]

3 讨论

本文19个常染色体STR基因座的累积个体识别能力(CDP)为1-4.913 858× 10-20, 表明其有极高的鉴别能力; 2011年公安部《法庭科学DNA亲子鉴定规范》对法庭科学DNA实验室三联体亲子鉴定规定, 遗传标记累积排除概率应不小于0.9999。而本研究中这19个STR基因座CPE为1-7.619 621× 10-9=0.999 999 992, 也高于该标准要求[11, 12]。若其它指标也符合规范, 其就完全适用于三联体的亲子鉴定。根据所得群体遗传学数据, 该19个基因座构成的检测系统在鲁西地区汉族人群中具有高度多态性, 适合该群体的个体识别、亲权鉴定以及DNA数据库建立。这些数据可以作为群体遗传学关于鲁西地区汉族群体的有效补充。在常染色体DNA鉴定中, 发现1~2个基因座不符合相应的遗传学定律时, 应考虑存在突变的情况, 此时各常染色体STR基因座的突变率可作为重要的计算参考参数。对本文19个常染色体STR 基因座的突变频率将有后续研究。

本研究选择收集包括本实验室及其他研究者所调查的Goldeneye试剂盒19个STR基因座的等位基因频率, 探讨了鲁西汉族人群的遗传多态性及其与另外20个比较群体之间的遗传关系。遗传距离是评价群体间或物种间遗传差异或遗传分化的重要参数[13], 本研究计算DA遗传距离(图1)显示, 在13个汉族比较人群中, 鲁西汉族与长春汉族的遗传距离最近(0.0153), 其次与山西汉族、浙江汉族的距离较近(0.0160, 0.0161), 而与大庆汉族的遗传距离最远(0.0390)。在7个少数民族人群中, 鲁西汉族与新疆维吾尔族的遗传距离相对较近(0.0322), 与广西苗族的遗传距离相对最远(0.0433)。从总体来看, 根据Goldeneye试剂盒中的19个STR基因座计算的遗传距离与各民族群体的形成历史较一致, 说明常染色体STR遗传标记在民族间遗传距离和基因漂变的评价中有其价值。

图1 21个人群Neighbor-Joining系统发育树Fig.1 Phylogenic relationship among 21 ethnic groups

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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