江浙沪地区汉族人群9个STR座位遗传多态性研究
【摘要】 目的 调查江浙沪地区汉族人群9个STR座位(D3S1358、vWA、FGA、D8S1179、D21S11、D18S51、D5S818、D13S317、D7S820)的遗传多态性分布。方法 采用ABI-377分析仪对Profiler Plus系统的9个STR座位的复合扩增产物进行电泳和四色荧光自动分析检测，分型软件为geneScan3.1和Genotyper2.5。结果 在478名无关个体中，共检测出107个等位基因，350种基因型，频率分布在0.0010～0.3494和0.0021～0.2238之间;9个STR位点基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡(P>0.05)。其多态信息量(Polymorphism information content，PIC)均大于0.7201，杂合度(heterozygosity，H)均大于0.7296，个体识别力(power of discrimination，DP)均大于0.7903，非父排除率(probability of paternity exclusion，PE)均大于0.5306。随机个体相同表型的偶合率(Matching probability，Pm)在0.0348～0.1197之间。结论 研究获得了江浙沪地区汉族人群的9个STR座位的多态性分布资料，结果显示STR座位作为汉族人群的遗传标记，可用于法医亲子鉴定、个体识别和人类学等研究领域。
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关键词 STR座位 遗传多态性 基因频率
【文献标识码】 A 【文章编号】 1680-6115(2004)06-0508-04
A genetic study on nine short tandem repeat(STR)loci
among Han population living in the area of Jiangsu province，
Zhejiang province and Shanghai city Ji Yun，Xie Junhua，Yang Ying，et al.
Institute of Blood Transfusion of Shanghai City，Shanghai200051.
, 百拇医药
【Abstract】 Objective To study the genetic polymorphism of nine STR loci(D3S1358，vWA，FGA，D8S1179，D21S11，D18S51，D5S818，D13S317，K7S820)among Han population living in the area of Jiangsu province，Zhejiang province and Shanghaicity.Methods STR genotypes were determined using Profiler Plus kit and an ABI-377seˉquencer.GeneScan3.1and Genotyper2.5software were used to analyze the data.Results 107alleles and350genoˉtypes were observed in478unrelateed individuals，with the corresponding allele frequencies of0.0010-0.3494and0.0021-0.2238;All loci met Hardy-Weinberg equilibrium(P>0.05).The polymorphism information content(PIC)of nine STR loci≥0.7201，heterozygosity(H)of nine STR loci≥0.7296，power of discrimination(DP)of nine STR loci≥0.7903，probability of paternity exclusion(PE)of nine STR loci≥0.5306，Matching probability(Pm)of0.0348～0.1197.Conclusion These nine STR loci among Han population living in the area of Jiangsu province，Zheˉjiang province and Shanghai city can be used as the genetic markers of Han population in the studies of anthropology，individual identification and paternity test in forensic medicine.
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Key words STR loci genetic polymorphism genetic frequency
短串联重复序列(
short tandem repeats STR)通常由长度为2～6个碱基(bp)的核心序列串联重复而成，是一种广泛存在于人类基因组中的DNA片段。据估计，在人类基因组中，每20kb就含有一个STR座位。研究表明，STR座位具有高度遗传多态性，且具有扩增效率高，判型准确，并适用于微量生物检材的DNA分型技术等特点，是一个非常有用的遗传标记 [1，2] 。本文利用多重PCR合四色荧光技术结合ABI377全自动测序仪对江浙沪地区汉族人群9个STR座位多态性进行研究，为建立大规模的法医DNA数据库打下基础，现将结果报告如下。
1 材料与方法
1.1 样本来源 本实验血样来源于居住在江浙沪地区的478名随机无关健康人体。
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1.2 主要试剂 DNA抽提采用Promega基因组DNA抽提试剂及IQ抽提试剂，复合扩增试剂采用美国PE公司的Profiler Plus试剂盒，内标为PE的ROX-500，凝胶试剂采用PE的Long Ranger gel solution。
1.3 仪器 主要仪器为PE9600热循环扩增仪，ABI377全自动测序仪。
1.4 方法
1.4.1 DNA抽提 采用Promega基因组DNA抽提试剂及IQ抽提试剂。详见试剂操作说明。
1.4.2 STR基因扩增 本室采用15μl扩增体系，包括模板DNA6μl(0.5～1ng)，反应液6.3μl，金牌Taq酶0.3μl，引物混合液3.3μl。按下述条件进行PCR反应(9600扩增仪):第一步95℃变性11min;第二步94℃变性1min，59℃复性1min，72℃延伸1min，循环28次;第三步60℃延伸45min。
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1.4.3 扩增产物检测 在0.2ml离心管中分别加入去离子甲酰胺2.2μl，ROX-5000.4μl和PCR产物1.5μl。于95℃变性3min，随即冰浴，备用;在ABI377全自动测序仪3型遗传分析仪上进行电泳，收集电泳信息，然后基因扫描软件(GeneScan3.1)分析扩增片段大小，用分析软件(Genotyper2.1)确定各座位基因型。
1.5 统计学有关指标计算及检验
1.5.1 基因频率按基因计数法计算 用χ 2 检验比较期望值与观察值以验证是否符合Hardy-Weinberg平衡定律。
1.5.2 多态信息量(polymorphism information content，PIC)PIC=1-∑ n i=1 P i2 -∑ n-1i=1 々 n j=i+1 2P i2 P j2Pi，Pj:等位基因频率，n:等位基因数
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1.5.3 无偏移期望杂合性(expected heterozygosity，H) H=1-∑ n i=1 P i2Pi:等位基因频率，n:等位基因数
1.5.4 个体识别力(power of discrimination，DP) DP=1-∑ n i=1 P i2 +∑ n-1i=1 ∑ nj=i+1 (P i P j ) 2 (3P i +3P j -4)Pi:基因型频率，n:基因型数
1.5.5 非父排除率(probability of paternity exclusion，PE) P E =∑ n i=1 P i(1-P i ) 2Pi:等位基因频率，n:等位基因数
1.5.6 累积非父排除率(cumulate PE，CPE) C PE =1-(1-P E 1)(1-P E 2)...(1-P E 9)P E 1P E 2...P E 9分别表示9个STR座位各自的非父排除率
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1.5.7 累积鉴别力(cumulate DP，CDP) C DP =1-(1-D P 1)(1-D P 2)...(1-D P 9)D P 1D P 2...D P 9分别表示9个STR座位各自的个体鉴别力1.5.8 随机个体相同表型的偶合率(Matching probability，Pm)(此表达式由赵桐茂教授提供) P m =∑ n i=1 Pi4 +4∑ i
2 结果
2.1 基因频率分布 通过检测并记录478份江浙沪地区汉族无关个体的等位基因，获得9个STR座位的等位基因频率分布数据，详见表1。经χ 2 检验，证明基因型分布符合Hardy-Weinberg定律。
, 百拇医药 2.2 多态性数据 江浙沪地区汉族人群9个STR座位多态信息量(PIC)，杂合度(H)，个体识别力(DP)，非父排除率(PE)，偶合率(Pm)等群体遗传资料见表2。
2.3 高频、低频等位基因频率及常见基因型 江浙沪地区人群9个STR座位高频、低频等位基因频率及常见基因型见表3。
3 讨论
STR在人类基因组中广泛分布，与传统的蛋白质遗传标记相比，等位基因多，杂合度高，因此多个STR座位联合检测时，个体识别几率和非父排除率很高。由于STR片段长度较短，一般在100～300bp，又很容易通过PCR扩增、电泳分型，因此比绝大多数其它遗传标记系统更适合用于高度降解检材的检测。目前STR已在亲权关系检测，个体识别，移植成活检测等法医学和人类学研究中担当着重要的作用。 为了研究D3S1358、vWA、FGA、D8S1179、D21S11、D18S51、D5S818、D13S317、D7S820等9个STR座位在江浙沪人群中的多态性分布状况，本文选取了478名江浙沪无关个体血样，进行STR座位基因分型检测。结果在9个STR座位中共检测出107个等位基因，350种基因型。D3S1358共检测出10个等位基因，25个基因型，其中D3S1358-15.2仅在蒙古族、藏族等少数民族中存在;vWA共检测出9个等位基因，27个基因型;FGA共检测出19个等位基因，66个基因型;D8S1179共检测出11个等位基因，33个基因型，其中D8S1179-5为首次发现，家系调查发现其符合孟德尔遗传规律;D21S11共检测出16个等位基因，54个基因型;D18S51共检测出18个等位基因，67个基因型;D5S818共检测出9个等位基因，26个基因型;D13S317共检测出9个等位基因，27个基因型;D7S820共检测出9个等位基因，25个基因型。与中国汉族南北人群，美国黑人，高加索人，中国少数民族的数据比较 [3～6] ，江浙沪汉族人群位于南北汉族人群之间，不同于白人和黑人。但是在江浙沪汉族人群中发现只有在少数民族中才有的等位基因，例如D3S1358-15.2。江浙沪一带古往今来都是经济高度发展的城市，尤其是上海，成立也就几百年历史，近年来人口流动也很大，成为各族人群的大熔炉。本文的研究数据也表明了这一点。对遗传标记的多态性程度及其应用价值一般可用多态信息量PIC，杂合度H，个体识别力DP，非父排除率PE等指标来衡量。其中PIC直接反映出一个遗传标记所包含或所能提供的遗传信息容量;H能客观地反映群体的遗传变异水平;DP和PE反映该遗传标记在法医学个体识别及亲权鉴定中的能力。Gill等将DP≥0.9，H≥0.7，PIC≥0.7的座位作为高鉴别能力的遗传标志物[7] ，从表2中可见vWA、FGA、D8S1179、D21S11、D18S51、D5S818、D13S317、D7S820座位DP≥0.91，H≥0.80，PIC≥0.75，表明它们属于高鉴别力、高杂合度、高信息量基因库，另外D3S1358属于中高度多态性座位，在法医学个体识别中具有很高的识别能力，这9个STR座位的累积偶合率达1.5×10 -11 ，接近DNA指纹水平，已能满足同一认定。可在个人识别案例和亲权关系认定中起重要作用。(表1～3见第510～511页)
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参考文献
1 Schuler G D，Boguski，Stewart，et al.A gene map of the human genome.Science，1996，274:540-546.
2 Avraham A.Genetic variation of tree tetrameter tandem repeats is fore distinct Israeli ethic group.J forensic Sci，1999，44(5):983-986.
3 李生斌，赖江华，高树辉，等.中国五个民族STR位点遗传多态性.遗传学报，2000，27(12):1035-1041.
4 王新淮，高树辉，赖江华，等.新疆4个民族STR基因座遗传多态性研究.遗传学报，2002，29(9):761-767.
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5 Werrett DJ，The national DNA database.J Forensic sci Int，1997，88(4):42.
6 杜志淳，李莉，林源，等.“中国罪犯DAN数据库”模式库-13个STR位点基因在中国人群中的分布.法医学杂志，2000，16(1):1-5.
7 Gill P.A new method of STR interpretation using inferential logic-deˉvelopment of a Criminalintelligence database.Int J Leg Med，1996，109:14.
表1 江浙沪地区汉族人群9个STR等位基因频率
表2 江浙沪地区汉族人群9个STR座位的多态性数据位点
表3 高频、低频等位基因频率及常见基因型分布基因座
作者单位:200051上海市输血研究所
(收稿日期:2004-02-08)
(编辑元 红), http://www.100md.com
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关键词 STR座位 遗传多态性 基因频率
【文献标识码】 A 【文章编号】 1680-6115(2004)06-0508-04
A genetic study on nine short tandem repeat(STR)loci
among Han population living in the area of Jiangsu province，
Zhejiang province and Shanghai city Ji Yun，Xie Junhua，Yang Ying，et al.
Institute of Blood Transfusion of Shanghai City，Shanghai200051.
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【Abstract】 Objective To study the genetic polymorphism of nine STR loci(D3S1358，vWA，FGA，D8S1179，D21S11，D18S51，D5S818，D13S317，K7S820)among Han population living in the area of Jiangsu province，Zhejiang province and Shanghaicity.Methods STR genotypes were determined using Profiler Plus kit and an ABI-377seˉquencer.GeneScan3.1and Genotyper2.5software were used to analyze the data.Results 107alleles and350genoˉtypes were observed in478unrelateed individuals，with the corresponding allele frequencies of0.0010-0.3494and0.0021-0.2238;All loci met Hardy-Weinberg equilibrium(P>0.05).The polymorphism information content(PIC)of nine STR loci≥0.7201，heterozygosity(H)of nine STR loci≥0.7296，power of discrimination(DP)of nine STR loci≥0.7903，probability of paternity exclusion(PE)of nine STR loci≥0.5306，Matching probability(Pm)of0.0348～0.1197.Conclusion These nine STR loci among Han population living in the area of Jiangsu province，Zheˉjiang province and Shanghai city can be used as the genetic markers of Han population in the studies of anthropology，individual identification and paternity test in forensic medicine.
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Key words STR loci genetic polymorphism genetic frequency
短串联重复序列(
short tandem repeats STR)通常由长度为2～6个碱基(bp)的核心序列串联重复而成，是一种广泛存在于人类基因组中的DNA片段。据估计，在人类基因组中，每20kb就含有一个STR座位。研究表明，STR座位具有高度遗传多态性，且具有扩增效率高，判型准确，并适用于微量生物检材的DNA分型技术等特点，是一个非常有用的遗传标记 [1，2] 。本文利用多重PCR合四色荧光技术结合ABI377全自动测序仪对江浙沪地区汉族人群9个STR座位多态性进行研究，为建立大规模的法医DNA数据库打下基础，现将结果报告如下。
1 材料与方法
1.1 样本来源 本实验血样来源于居住在江浙沪地区的478名随机无关健康人体。
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1.2 主要试剂 DNA抽提采用Promega基因组DNA抽提试剂及IQ抽提试剂，复合扩增试剂采用美国PE公司的Profiler Plus试剂盒，内标为PE的ROX-500，凝胶试剂采用PE的Long Ranger gel solution。
1.3 仪器 主要仪器为PE9600热循环扩增仪，ABI377全自动测序仪。
1.4 方法
1.4.1 DNA抽提 采用Promega基因组DNA抽提试剂及IQ抽提试剂。详见试剂操作说明。
1.4.2 STR基因扩增 本室采用15μl扩增体系，包括模板DNA6μl(0.5～1ng)，反应液6.3μl，金牌Taq酶0.3μl，引物混合液3.3μl。按下述条件进行PCR反应(9600扩增仪):第一步95℃变性11min;第二步94℃变性1min，59℃复性1min，72℃延伸1min，循环28次;第三步60℃延伸45min。
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1.4.3 扩增产物检测 在0.2ml离心管中分别加入去离子甲酰胺2.2μl，ROX-5000.4μl和PCR产物1.5μl。于95℃变性3min，随即冰浴，备用;在ABI377全自动测序仪3型遗传分析仪上进行电泳，收集电泳信息，然后基因扫描软件(GeneScan3.1)分析扩增片段大小，用分析软件(Genotyper2.1)确定各座位基因型。
1.5 统计学有关指标计算及检验
1.5.1 基因频率按基因计数法计算 用χ 2 检验比较期望值与观察值以验证是否符合Hardy-Weinberg平衡定律。
1.5.2 多态信息量(polymorphism information content，PIC)PIC=1-∑ n i=1 P i2 -∑ n-1i=1 々 n j=i+1 2P i2 P j2Pi，Pj:等位基因频率，n:等位基因数
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1.5.3 无偏移期望杂合性(expected heterozygosity，H) H=1-∑ n i=1 P i2Pi:等位基因频率，n:等位基因数
1.5.4 个体识别力(power of discrimination，DP) DP=1-∑ n i=1 P i2 +∑ n-1i=1 ∑ nj=i+1 (P i P j ) 2 (3P i +3P j -4)Pi:基因型频率，n:基因型数
1.5.5 非父排除率(probability of paternity exclusion，PE) P E =∑ n i=1 P i(1-P i ) 2Pi:等位基因频率，n:等位基因数
1.5.6 累积非父排除率(cumulate PE，CPE) C PE =1-(1-P E 1)(1-P E 2)...(1-P E 9)P E 1P E 2...P E 9分别表示9个STR座位各自的非父排除率
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1.5.7 累积鉴别力(cumulate DP，CDP) C DP =1-(1-D P 1)(1-D P 2)...(1-D P 9)D P 1D P 2...D P 9分别表示9个STR座位各自的个体鉴别力1.5.8 随机个体相同表型的偶合率(Matching probability，Pm)(此表达式由赵桐茂教授提供) P m =∑ n i=1 Pi4 +4∑ i
2 结果
2.1 基因频率分布 通过检测并记录478份江浙沪地区汉族无关个体的等位基因，获得9个STR座位的等位基因频率分布数据，详见表1。经χ 2 检验，证明基因型分布符合Hardy-Weinberg定律。
, 百拇医药 2.2 多态性数据 江浙沪地区汉族人群9个STR座位多态信息量(PIC)，杂合度(H)，个体识别力(DP)，非父排除率(PE)，偶合率(Pm)等群体遗传资料见表2。
2.3 高频、低频等位基因频率及常见基因型 江浙沪地区人群9个STR座位高频、低频等位基因频率及常见基因型见表3。
3 讨论
STR在人类基因组中广泛分布，与传统的蛋白质遗传标记相比，等位基因多，杂合度高，因此多个STR座位联合检测时，个体识别几率和非父排除率很高。由于STR片段长度较短，一般在100～300bp，又很容易通过PCR扩增、电泳分型，因此比绝大多数其它遗传标记系统更适合用于高度降解检材的检测。目前STR已在亲权关系检测，个体识别，移植成活检测等法医学和人类学研究中担当着重要的作用。 为了研究D3S1358、vWA、FGA、D8S1179、D21S11、D18S51、D5S818、D13S317、D7S820等9个STR座位在江浙沪人群中的多态性分布状况，本文选取了478名江浙沪无关个体血样，进行STR座位基因分型检测。结果在9个STR座位中共检测出107个等位基因，350种基因型。D3S1358共检测出10个等位基因，25个基因型，其中D3S1358-15.2仅在蒙古族、藏族等少数民族中存在;vWA共检测出9个等位基因，27个基因型;FGA共检测出19个等位基因，66个基因型;D8S1179共检测出11个等位基因，33个基因型，其中D8S1179-5为首次发现，家系调查发现其符合孟德尔遗传规律;D21S11共检测出16个等位基因，54个基因型;D18S51共检测出18个等位基因，67个基因型;D5S818共检测出9个等位基因，26个基因型;D13S317共检测出9个等位基因，27个基因型;D7S820共检测出9个等位基因，25个基因型。与中国汉族南北人群，美国黑人，高加索人，中国少数民族的数据比较 [3～6] ，江浙沪汉族人群位于南北汉族人群之间，不同于白人和黑人。但是在江浙沪汉族人群中发现只有在少数民族中才有的等位基因，例如D3S1358-15.2。江浙沪一带古往今来都是经济高度发展的城市，尤其是上海，成立也就几百年历史，近年来人口流动也很大，成为各族人群的大熔炉。本文的研究数据也表明了这一点。对遗传标记的多态性程度及其应用价值一般可用多态信息量PIC，杂合度H，个体识别力DP，非父排除率PE等指标来衡量。其中PIC直接反映出一个遗传标记所包含或所能提供的遗传信息容量;H能客观地反映群体的遗传变异水平;DP和PE反映该遗传标记在法医学个体识别及亲权鉴定中的能力。Gill等将DP≥0.9，H≥0.7，PIC≥0.7的座位作为高鉴别能力的遗传标志物[7] ，从表2中可见vWA、FGA、D8S1179、D21S11、D18S51、D5S818、D13S317、D7S820座位DP≥0.91，H≥0.80，PIC≥0.75，表明它们属于高鉴别力、高杂合度、高信息量基因库，另外D3S1358属于中高度多态性座位，在法医学个体识别中具有很高的识别能力，这9个STR座位的累积偶合率达1.5×10 -11 ，接近DNA指纹水平，已能满足同一认定。可在个人识别案例和亲权关系认定中起重要作用。(表1～3见第510～511页)
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参考文献
1 Schuler G D，Boguski，Stewart，et al.A gene map of the human genome.Science，1996，274:540-546.
2 Avraham A.Genetic variation of tree tetrameter tandem repeats is fore distinct Israeli ethic group.J forensic Sci，1999，44(5):983-986.
3 李生斌，赖江华，高树辉，等.中国五个民族STR位点遗传多态性.遗传学报，2000，27(12):1035-1041.
4 王新淮，高树辉，赖江华，等.新疆4个民族STR基因座遗传多态性研究.遗传学报，2002，29(9):761-767.
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5 Werrett DJ，The national DNA database.J Forensic sci Int，1997，88(4):42.
6 杜志淳，李莉，林源，等.“中国罪犯DAN数据库”模式库-13个STR位点基因在中国人群中的分布.法医学杂志，2000，16(1):1-5.
7 Gill P.A new method of STR interpretation using inferential logic-deˉvelopment of a Criminalintelligence database.Int J Leg Med，1996，109:14.
表1 江浙沪地区汉族人群9个STR等位基因频率
表2 江浙沪地区汉族人群9个STR座位的多态性数据位点
表3 高频、低频等位基因频率及常见基因型分布基因座
作者单位:200051上海市输血研究所
(收稿日期:2004-02-08)
(编辑元 红), http://www.100md.com