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  济宁医学院学报  2017, Vol. 40 Issue (6): 434-438  DOI:10.3969/j.issn.1000-9760.2017.06.012
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党珍, 侯秀迪, 张晗, 王丹, 侯森, 王业全. 鲁西南地区汉族人群15个STR基因座的突变观察与分析[J]. 济宁医学院学报, 2017, 40(6): 434-438. DOI: 10.3969/j.issn.1000-9760.2017.06.012.
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DANG Zhen, HOU Xiudi, ZHANG Han, LV Chenxi, HOU Sen, WANG Yequan. Mutation analysis of 15 STR loci in the Han population of southwest Shandong province[J]. Journal Of Jining Medical University, 2017, 40(6): 434-438. DOI: 10.3969/j.issn.1000-9760.2017.06.012.
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基金项目

济宁医学院科研计划项目(JY2015KJ006、JY2015BS01);济宁市科技发展计划项目(2015-57-85);大学生创新训练计划项目(cx2016028、201610443028)

通信作者

王业全, E-mail:wangyequan1103@163.com;

文章历史

收稿日期:2017-07-20
鲁西南地区汉族人群15个STR基因座的突变观察与分析
党珍1,2, 侯秀迪2, 张晗1, 王丹1, 侯森1,2, 王业全1,2    
1. 济宁医学院法医学与医学检验学院, 济宁 272067;
2. 济宁医学院司法鉴定中心, 济宁 272013
摘要: 目的 观察和分析15个常染色体STR基因座在鲁西南地区汉族人群亲子鉴定中的突变现象及规律。方法 应用直接扩增法对15个常染色体STR基因座进行荧光标记复合扩增PCR,扩增产物用3500遗传分析仪电泳分离,GeneMapper ID-X分析软件进行STR结果分型。并对2013-2015年受理的9326例亲子鉴定进行STR基因座突变规律的研究。结果 9326例亲子鉴定中共观察到77例突变,其中一步突变占97.4%,两步突变及三步突变各占1.3%。在15个STR基因座中除TH01和TPOX外均发生突变,突变频率介于0至0.0011,整体突变率为0.0006。父源性STR基因座突变率远远高于母源性突变(3:1)。结论 STR基因座突变是一种较为常见的遗传现象,通过对突变案例的观察分析,能够为法医物证学亲子鉴定STR基因座的选择提供有效的理论支撑,避免突变对鉴定结论的干扰以保证鉴定结果的客观准确。
关键词: STR    汉族    亲权鉴定    突变    
Mutation analysis of 15 STR loci in the Han population of southwest Shandong province
DANG Zhen1,2, HOU Xiudi2, ZHANG Han1, LV Chenxi1, HOU Sen1,2, WANG Yequan1,2    
1. Institute of Forensic Medicine and Laboratory Medicine, Jining Medical University, Jining 272067;
2. Forensic Science Center of Jining Medical University, Jining 272013, China
Abstract: Objective To observe and analyze the mutation phenomenon of 15 STR loci in Han population of southwest Shandong province. Methods In this study, the samples were directly amplified without DNA extraction by PCR amplification kit according to the manufacture's protocol.The detection of PCR products and genotyping were carried out on the ABI 3500 Genetic Analyzerusing the ABI GeneMapperID-X data collection software.15 STR loci were studied during 2013-2015 in 9, 326 paternity testing cases in forensic science center of Jining Medical University. Results In the 9, 326 cases, one step mutation cases were observed in which 97.4% of the total 77 mutations occurred.Two steps and three steps mutations had been occurred, respectively.Among them no mutation was found at TH01 and TPOX loci.The locus-specific mutation rate ranged from 0 to 0.0011, and the overall mutation rate estimation was 0.0006.The paternal mutation rate was more frequent than the maternal rate (3:1). Conclusion STR loci mutation is a common phenomenon.Our results provide useful information for further investigation on STR mutation in forensic genetics and population genetics, which ensures that the results are accurate and reliable.
Key words: Short tandem repeats    Han population    Paternity testing    Mutations    Population genetics    

短串联重复序列(short tandem repeats,STR),又称微卫星DNA,是目前亲子鉴定及个体识别等法医物证鉴定工作中应用最广泛的长度多态性遗传标记,也是亲权鉴定最行之有效的检验方法,它的重复单位为2~6bp,具有高度多态性、重复单位较小、易于扩增、灵敏度高、可实现自动化分型等特点[1-2]。但基因突变或STR分型异常可能会影响亲子鉴定结果的正确性,面临错判的风险,对刑事案件的侦破产生误导,因此,必须对STR基因座的突变高度重视[3-4]。在亲子鉴定中,如果1个或多个STR基因座不符合孟德尔遗传定律,那么就需要用其他试剂盒来进行验证STR分型结果,证实突变客观存在,并根据司法部《亲权鉴定技术规范》(SF/Z JD0105001-2016)的要求增加STR基因座的数量,使得亲权指数大于104以排除突变对鉴定结果的影响[5]。本文通过对9326例的亲子鉴定案件观察,对15个常染色体STR基因座的突变率、突变类型、父源或母源特异性突变等进行探讨分析。

1 资料与方法 1.1 一般资料

9326例亲子鉴定案件样本均来自济宁医学院司法鉴定中心法医物证鉴定室2013-2015年受理的鲁西南地区(包括济宁、菏泽、临沂)亲子鉴定案件。

1.2 仪器与试剂

9700型PCR扩增仪(AB公司,美国);ABI-3500型遗传分析仪(AB公司,美国);GeneMapper ID-X分析软件(AB公司,美国);AmpFISTR扩增试剂盒(AB公司,美国);Goldeneye 20A PCR扩增试剂盒(基点认知公司,中国);除性别基因座外,包含共有的15个STR基因座分别是:D19S433、D5S818、D21S11、D18S51、D3S1358、D13S317、D7S820、D16S539、CSF1PO、vWA、D8S1179、TPOX、TH01、D2S1338、FGA。

1.3 实验方法

FTA卡法进行直接PCR扩增,使用打孔器取直径0.5mm样本,采用AmpFISTR荧光标记复合直接扩增试剂盒进行扩增,反应总体系为10μL,内含PCR Master Mix 5.0μL、Primer Mix 5.0μL。热循环参数为95℃11min;94℃20s,59℃2min,72℃1min,共25个循环;60℃25min; 4℃保温。如果进行复检则用Goldeneye 20A荧光标记复合直接扩增试剂盒进行扩增,反应总体系为10μL,包括PCR Master Mix 5.0μL、Primer Mix 2μL、Taq酶0.2ul、水2.8ul。热循环参数为95℃11min;94℃30s,60℃2min,70℃1min,共27个循环;60℃60min,4℃保温。取1μL扩增产物与内标orange-500LIZ 0.3μL和去离子甲酰胺8.7μL混合,扩增产物通过3500遗传分析仪电泳分离,然后应用GeneMapper ID-X分析软件进行STR结果分型。使用http://statpages.org/confint.html在线计算功能,计算突变率以及95%CI(置信区间)。

2 结果 2.1 突变结果的确定

在法医物证亲子鉴定案件中,如果有3个或3个以上的常染色体STR基因座等位基因违反孟德尔遗传规律时,才可以排除亲权关系。若只有1个或2个STR基因座不符合遗传规律时,且基因分型相差一个重复单位时(如图 1),不能轻易做出排除亲子关系的结论,应考虑基因突变的可能,必需加做其他STR基因座,以确定鉴定结果[6-7]。因此本文首先确定9326例亲子鉴定案件的STR分型结果,按照司法部《亲权鉴定技术规范》(SF/Z JD0105001-2016)其亲权指数均大于104,并符合孟德尔遗传规律,支持亲子关系结论正确。其中发生突变的亲子鉴定案例都要通过加做其他试剂盒进行验证以排除主客观因素对实验结果的影响,进而保证突变的客观存在。

图 1 三联体亲子鉴定中CSF1PO基因座发生一步突变
2.2 突变事件观察概况

在9326例亲子鉴定中共观察到77例突变,其中75例突变为一步突变,同时也分别观察到1例两步突变和三步突变的发生。在15个STR基因座中,除TH01和TPOX基因座外,其余13个基因座均观察到存在STR突变的发生。15个STR基因座的突变率介于0~0.0011,95%CI为0.0000~0.0020,平均突变率为0.0006,突变率最高的STR基因座是vWA,突变率为0.11%(95% CI:0.0005~0.0020),其次是D21S11、D18S51和FGA基因座,突变率均为0.10%(95% CI:0.0004~0.0018)。见表 1

表 1 鲁西南地区汉族人群15个STR基因座等位基因突变率和95%的置信区间
2.3 STR基因座突变类型分析

在观察到的77例突变中,STR基因座一步突变的比例为97.4%,其中36个突变是STR基因座一个重复单位的增加,35个突变是STR基因座一个重复单位的减少,其余4个是来源不确定的突变。除一步突变外,还发现在D21S11基因座两步突变和D5S818基因座三步突变各1例,均表现为STR基因座重复单位的减少。见表 2

表 2 15个STR基因座突变类型分析
2.4 STR基因座突变性别差异分析

STR基因座的突变一般是来自父源性或者母源性STR基因座重复单位的增加或减少。在父源性突变中FGA(0.09%)的突变率最高,而母源性突变则为D21S11 (0.08%)。在父源性STR基因座突变中仅有TH01和TPOX基因座未观察到突变,而在母源性突变中D5S818,D3S1358,D13S317,D8S1179,TH01,TPOX和FGA均未观察到突变。父源性STR基因座整体突变率(70.1%)远远高于母源性STR基因座突变率(23.4%),其余STR基因座突变(6.5%)不能确定是父源性突变还是母源性突变。见表 3

表 3 15个STR基因座父源/母源突变分析
3 讨论

STR基因座的突变率与遗传多态性程度有着一定的关系,序列结构比较均一的基因座容易发生突变,而等位基因中含有不完全序列的基因座发生突变的概率较低,扩增片段较大的STR基因座更容易发生突变,这可能是由于重复单位多的基因座其长度也较长,必然多态性程度也较高,其突变概率会随之增加[8]。本研究中突变率最高的STR基因座为vWA,突变率为0.11%,其次D21S11、D18S51和FGA基因座的突变率为0.10%,这与文献报道的结论基本一致,可能与vWA、FGA等基因座等位基因重复单位数目较多有关[8]

目前,STR基因座的突变机制尚未清楚,普遍认可的机制是DNA复制滑动(replication slippage)导致STR基因座发生突变,同时复制滑动也是形成STR遗传多态性的原因之一,复制滑动突变主要表现为STR基因座等位基因重复单位的增加或减少[9]。本文发现在观察到的77例突变中,STR基因座一步突变占97.4%,其中36个突变是STR基因座重复单位的增加,35个突变是STR基因座重复单位的减少。除一步突变外,还观察到在D21S11和D5S818两个基因座发生多步突变,均表现为STR基因座重复单位的减少,突变率为2.6%,且都是父源性突变,基因座突变是逐步发生的,多步突变是在前一次突变的基础上发生的,本文研究结果与其他研究结论相一致,并进一步证实了复制滑动的突变机制和逐步突变模式。

STR基因座等位基因的突变与性别也有着一定的相关性,研究发现父源性基因突变多于母源性,突变的性别差异在本研究也得到了证实,父源性STR基因座的突变率高于母源性(3 :1)这与其他研究的结果基本一致[8, 13]。基因的突变率与细胞分裂次数密切相关。由于男性精原细胞在发育成为精子前要经过多次分离,且分裂次数远远多于女性卵原细胞分裂的次数,因此DNA复制产生滑动错配的机会就增多,突变概率相应增加,除此之外随着年龄等因素的影响,最终导致男性DNA突变率高于女性[14]

因此在亲权鉴定过程中要注意STR基因座突变情况,通过多种PCR试剂盒的相互证实突变结果的客观存在,并增加其他遗传多态性好、突变率低的遗传标记进行综合判断,排除各种可能因素的干扰,以便有效避免错判的风险。

参考文献
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