中国南方汉族群体27个Y

中国南方汉族群体27个Y-STR基因座的遗传多态性及突变

研究

王瑛;张楚楚;李燃;彭珊;欧雪玲;童大跃;孙宏钰

【摘 要】[目的]调查27个Y-STR基因座在中国南方汉族群体的遗传多态性及突变

情况.[方法]采集885名中国南方汉族无关男性个体血样和911对父子血样,采用

Yfiler(R) Plus扩增体系对样本进行扩增,并进行毛细管电泳检测与分型,统计相关遗

传多态性参数,观察Y-STR基因座突变情况.[结果]885名无关男性个体中共观察到

880种单倍型,其中875种单倍型为唯一单倍型,5种单倍型分别出现两次.单倍型多

样性(HD)为0.999 987 2,系统识别能力(DC)为0.994 350 3.27个Y-STR基因座

基因多态性(GD)在0.434 4 (DYS438) ～0.960 5 (DYS385a/b)之间.在911个父

子对共246 23次等位基因传递中共观察到113次突变事件,其中108次突变事件

为一步突变,5次突变事件为二步突变.11个父子对观察到2个基因座同时突变,1个

父子对发生3个基因座同时突变.平均突变率为4.6×10-3(95％CI:3.8×10-3～

5.5×10-3).[结论]Yfiler(R)Plus体系包含的27个Y-STR基因座在中国南方汉族群

体中具有高度遗传多态性,对于法医学实践中个体识别、父系亲缘关系鉴定等具有

重要意义.

【期刊名称】《中山大学学报（医学科学版）》

【年(卷),期】2015(036)005

【总页数】7页(P650-656)

【关键词】短串联重复序列(STR);Yfiler(R) Plus PCR扩增体系;遗传多态性;突变

【作 者】王瑛;张楚楚;李燃;彭珊;欧雪玲;童大跃;孙宏钰

【作者单位】中山大学中山医学院法医学系,广东广州510080;中山大学中山医学

院法医学系,广东广州510080;中山大学中山医学院法医学系,广东广州510080;中

山大学中山医学院法医学系,广东广州510080;中山大学中山医学院法医学系,广东

广州510080;中山大学中山医学院法医学系,广东广州510080;中山大学中山医学

院法医学系,广东广州510080

【正文语种】中 文

【中图分类】Q987

Y-STR 具有男性特异、父系遗传等特点，在父子传递过程中不发生重组，为单倍

型遗传，在法医检验实践中具有重要的应用价值，例如性犯罪案件中混合斑男性成

分的个体识别、 父系亲缘关系案件等［1］。为了达到更高的系统识别能力，近年

来越来越多的Y-STR 基因座被整合到试剂盒中，例如Yfiler Plus®检测系统除了

包含法医物证实践中常用的17 个Y-STR 基因座（DYS389I、DYS635、

DYS389II、DYS458、DYS19、GATA-H4、DYS448、DYS391、DYS456、

DYS390、DYS438、DYS392、DYS437、DYS385a／b、DYS393 和DYS439）

外，新增了10 个Y-STR 基因座（DYS449、DYS576、DYS627、DYS518、

DYS570、DYF387S1、DYS460、DYS481 和DYS533），是目前商品化试剂盒

中包含Y-STR 基因座数目最多的检测体系。本文拟采用该体系对中国南方汉族男

性个体进行多态性调查，同时观察该体系在父子间等位基因传递的突变情况，为群

体学研究、法医学实践以及Y-STR 数据库建设提供重要的基础数据。

1 材料与方法

1．1 样 本

根据知情同意原则采集中国南方地区（广东、广西、湖南、湖北、四川、云南、贵

州、海南、福建、重庆）汉族885 名无关男性个体静脉血1 mL，滴于中性滤纸，

室温晾干，制备为血痕。911 个父子对血痕样本收集自中山大学法医鉴定中心日

常检案，所有父子对经过常染色体STR 分型已确定亲子关系。

1．2 PCR 扩增

用Micro-punch 取样器（直径为1．2 mm）在滤纸血痕上取样，直接加入

Yfiler®Plus PCR 体系（Applied Biosystems 公司，美国）扩增，10 μL 反应体

系包括4 μL 混合物、2 μL 引物以及4 μL PCR反应缓冲液。扩增条件为：初始变

性95 ℃1 min；94 ℃4 s，61 ℃1 min 30 个热循环；末次延伸60 ℃22 min；

4 ℃ 保 存 。扩 增 反 应 在9700 型 扩 增 仪（Applied Biosystems 公司，美国）

上进行。

1．3 电泳检测及基因分型

取1．0 μL 扩增产物，与0．3 μL 分子质量参照物LIZ600（Applied

Biosystems 公司，美国）和9．7 μL 去离子甲酰胺混合，97 ℃变性3 min，0 ℃

冰浴3 min。扩增产物在ABI 3500XL 型遗传分析仪（Applied Biosystems 公司，

美国）上进行毛细管电泳分离检测，使用GeneMapper ID-X v3．2 分析软件

（Applied Biosystems 公司，美国）对照等位基因分型标准品（allelic ladder）

进行等位基因分型。

1．4 数据分析

各个基因座上的等位基因频率（Pi）=第i 个等位基因的频数／该基因座的等位基

因总数；基因多态性（gene diversity，GD） =［n （1-∑）］／（n-1），n 和

Pi 分别代表该基因座上等位基因总数和第i个等位基因的频率；单倍型多态性

（haplotype diversity，HD）=［N （1-∑）］／ （N-1），其 中N和Pi 分别

表示样本量和第i 种单倍型的频率；系统识别能力 （discriminative capacity，

DC）=Ndiff／N，其中Ndiff 代表观察到的单倍型种类数，N 代表样本量［2］。

其中双拷贝基因座DYS385a／b 和DYF387S1作为单倍型计算。基因座突变率

（μ）= 该基因座突变事件次数／该基因座等位基因传递次数。

2 结 果

2．1 27 个Y-STR 基因座在中国南方汉族的遗传多态性

23 个单拷贝Y-STR 基因座的等位基因频率及两个双拷贝基因座DYS385a／b 和

DYF387S1 的单倍型频率分别见表1、表2 和表3。27 个Y-STR基因座中GD 值

最低为DYS438 （GD = 0．434 4），最高为DYS385a／b（GD = 0．960 5）。

在23 个单拷贝基因座中共检测到212 个等位基因，各基因座分别检出4～19 个

等位基因，等位基因频率在0．001 1～0．707 3 之间。双拷贝基因座DYS385a

／b共观察到17 个等位基因，76 种单倍型；DYF387S1检出13 个等位基因，

50 种单倍型。27 个Y-STR基因座共检出880 种单倍型，其中875 种（99．4%）

单倍型为唯一单倍型，5 种单倍型分别出现2 次，HD 值为0．999 987 2，DC

值为0．994 350 3。

2．2 27 个Y-STR 基因座的突变情况

在911 个父子对共计24 623 次等位基因传递中共观察到113 个突变事件，平均

突变率为4．6 ×10-3 （95%CI：3．8×10-3～5．5×10-3）。各基因座突变率

从高至低排列见表4。88 个父亲对仅出现1个基因座突变，11 个父子对出现2 个

基因座同时突变，1 个父子对出现3 个基因座同时突变。108个突变事件为一步

突变，占95．6%；5 个突变事件为两步突变，占4．4%。发生增加重复单位的

突变54 次，减少重复单位的突变59 次。

表1 23 个单拷贝Y-STR 基因座在中国南方汉族群体的等位基因频率Table 1

Allele frequencies of 23 single-copy Y-STR loci in Southern Chine Han

population （n=885）Allele DYS 576 DYS 389I DYS 635 DYS 389II DYS 627

DYS 460 67891 0 11 12 13 13．3 14 14．1 15 15．1 16 16．2 17 17．2 18

18．2 19 19．2 20 21 22 22．2 23 24 25 26 27 28 29 29．2 30 30．2 31 32

33 34 35 36 36．2 37 37．2 38 38．2 39 39．2 40 40．2 41 42 43 44 45 GD

0．001 1 0．018 1 0．552 5 0．281 4 DYS 458 DYS 19 GATA_H4 DYS 448

DYS 391 0．001 1 DYS 456 0．001 1 0．001 1 0．324 3 0．433 9 0．214 7

0．022 6 0．002 3 0．013 5 0．091 4 0．191 9 0．343 1 0．222 3 0．111 7

0．022 6 0．002 3 0．141 2 0．006 8 0．001 1 0．111 9 0．272 3 0．309 6

0．154 8 0．092 7 0．039 5 0．014 7 0．002 3 0．001 1 0．019 2 0．055 4

0．362 7 0．282 5 0．201 1 0．071 2 0．006 8 0．001 1 0．002 3 0．001 1

0．015 8 0．003 4 0．098 3 0．001 1 0．135 6 0．184 2 0．218 1 0．215 8

0．001 1 0．089 3 0．024 9 0．004 5 0．004 5 0．775 4 0．595 9 0．784 0

0．740 5 0．835 9 0．005 6 0．021 5 0．004 5 0．161 6 0．001 1 0．160 5

0．227 1 0．224 9 0．001 1 0．126 6 0．053 1 0．006 8 0．005 6 0．001 1

0．040 7 0．002 3 0．070 1 0．285 9 0．575 1 0．059 9 0．035 0 0．698 3

0．255 4 0．009 0 0．001 1 0．002 3 0．001 1 0．018 1 0．221 5 0．457 6

0．215 8 0．062 1 0．001 1 0．005 6 0．001 1 0．001 1 0．003 4 0．015 8

0．324 3 0．003 4 0．291 5 0．002 3 0．279 1 0．067 8 0．009 0 0．002 3

0．151 4 0．574 0 0．150 3 0．090 4 0．011 3 0．001 1 0．660 7 0．827 5

0．690 2 0．579 6 0．727 8 0．446 4 0．617 1

续表1 23 个单拷贝Y-STR 基因座在中国南方汉族群体的等位基因频率Table 1

Allele frequencies of 23 single-copy Y-STR loci in Southern Chine Han

population （n=885）Allele DYS 390 DYS 438 DYS 392 DYS 518 DYS 570

67891 0 11 12 13 13．3 14 14．1 15 15．1 16 16．2 17 17．2 18 18．2 19

19．2 20 21 22 22．2 23 24 25 26 27 28 29 29．2 30 30．2 31 32 33 34 35

36 36．2 37 37．2 38 38．2 39 39．2 40 40．2 41 42 43 44 45 GD 0．009 0

0．707 3 0．255 4 0．021 5 0．006 8 0．001 1 0．004 5 0．081 4 0．091 5

0．394 4 0．398 9 0．026 0 0．001 1 0．001 1 0．002 3 0．053 1 0．359 3

0．334 5 0．230 5 0．020 3 0．001 1 0．001 1 0．003 4 0．020 3 0．158 0

0．258 5 0．266 4 0．194 1 0．066 6 0．026 0 0．004 5 0．703 4 0．434 4

0．670 5 0．003 4 0．021 5 0．045 2 0．107 3 0．106 2 0．002 3 0．158 2

0．006 8 0．177 4 0．002 3 0．134 5 0．002 3 0．093 8 0．001 1 0．073 4

0．036 2 0．022 6 0．004 5 0．001 1 0．885 0 0．794 9 DYS 437 DYS 449

DYS 393 DYS 439 DYS 481 DYS 533 0．004 5 0．598 9 0．380 8 0．015 8

0．001 1 0．002 3 0．470 7 0．302 5 0．027 1 0．313 8 0．443 6 0．176 1

0．196 4 0．024 8 0．002 3 0．038 4 0．001 1 0．002 3 0．002 3 0．148 0

0．555 9 0．253 1 0．027 1 0．011 3 0．001 1 0．001 1 0．009 0 0．062 1

0．054 2 0．049 7 0．093 8 0．002 3 0．139 0 0．001 1 0．167 2 0．155 9

0．134 5 0．078 0 0．035 0 0．010 2 0．003 4 0．003 4 0．021 5 0．136 7

0．323 2 0．180 8 0．159 3 0．083 6 0．049 7 0．027 1 0．007 9 0．002 3

0．001 1 0．003 4 0．002 3 0．496 6 0．885 7 0．648 5 0．672 3 0．809 0

0．604 8

表2 DYS385a／b 在中国南方汉族群体的单倍型频率Table 2 Haplotype

frequencies of DYS385a／b in Southern Chine Han population （n=885）

The underlined indicates multi-allelic pattern．Haplotype 9，19 10，12 10，

17 10，19 10，20 11，11 11，12 11，13 11，14 11，16 11，17 11，18 11，

19 f f f 0．001 1 0．002 3 0．003 4 0．001 1 0．001 1 0．016 9 0．031 6

0．005 6 0．003 4 0．013 6 0．009 0 0．013 6 0．012 4 Haplotype 11，20

11，21 12，12 12，12．2 12，13 12，13，20，21 12，14 12，15 12，16

12，17 12，18 12，19 12，20 0．005 6 0．001 1 0．020 3 0．001 1

0．019 2 0．001 1 0．011 3 0．002 3 0．032 8 0．027 1 0．041 8 0．042 9

0．022 6 Haplotype 12，21 12，22 12，23 13，13 13，14 13，14，18 13，

14，19，20 13，15 13，16 13，17 13，17，18 13，18 13，18，19 0．010

2 0．001 1 0．001 1 0．108 5 0．040 7 0．001 1 0．002 3 0．009 0 0．007

9 0．056 5 0．002 3 0．071 2 0．001 1 Haplotype 13，18，20 13，19 13，

20 13，21 13，22 13，23 14，14 14，15 14，16 14，17 14，18 14，19 14，

20 f f f 0．003 4 0．064 4 0．040 7 0．022 6 0．016 9 0．001 1 0．002 3

0．003 4 0．004 5 0．009 0 0．045 2 0．015 8 0．012 4 Haplotype 14，21

14，22 14，25 15，15 15，16 15，16，19 15，17 15，18 15，19 15，20

15，21 15，22 15，23 0．005 6 0．007 9 0．001 1 0．004 5 0．003 4

0．001 1 0．009 0 0．013 6 0．010 2 0．007 9 0．005 6 0．002 3 0．001 1

Haplotype 16，17 16，18 16，19 16，20 16，21 17，17 17，18 17，19 18，

18 19，19 19，22 0．003 4 0．002 3 0．003 4 0．002 3 0．002 3 0．003 4

0．004 5 0．001 1 0．002 3 0．001 1 0．001 1 GD=0．9605

表3 DYF387S1 在中国南方汉族群体的单倍型频率Table 3 Haplotype

frequencies of DYF387S1 in Southern Chine Han population （n=885）

The underlined indicates multi-allelic pattern．Haplotype 32，38 33，33

33，38 33，39 33，40 34，34 34，35 34，37 34，38 f f f 0．002 3 0．001

1 0．001 1 0．001 1 0．002 3 0．005 6 0．001 1 0．005 6 0．007 9

Haplotype 34，39 34，40 35，35 35，36 35，36，38 35，37 35，37，38

35，38 35，39 0．007 9 0．002 3 0．001 1 0．004 5 0．001 1 0．032 8

0．001 1 0．082 5 0．054 2 Haplotype 35，40 35，41 35，42 36，36 36，

37 36，38 36，38，39 36，39 36，40 0．028 2 0．003 4 0．002 3 0．036

2 0．061 0 0．068 9 0．002 3 0．066 7 0．042 9 Haplotype 36，41 36，42

37，37 37．3，37．3 37，38 37，38，39 37，39 37，40 37，40，41 f f

Haplotype 39，40，41 39，41 40，40 40，41 41，41 f 0．019 2 0．001 1

0．046 3 0．007 9 0．070 1 0．001 1 0．068 9 0．027 1 0．001 1

Haplotype 37，41 37，42 38，38 38，38．1 38，39 38，40 38，41 39，39

39，40 0．006 8 0．001 1 0．065 5 0．001 1 0．041 8 0．039 5 0．007 9

0．022 6 0．013 6 0．002 3 0．004 5 0．016 9 0．004 5 0．001 1

GD=0．951 4

除DYS392、DYS438 和DYS393 外，其余基因座均检见突变。突变率最高的基

因座是DYS576，为17．5×10-3（95%CI：10．1×10-3～28．3×10-3），

DYS389I、GATA-H4 和DYS448 均只检出一次突变，突变率较低，为1．1×10-

3（95%CI：0～6．1×10-3）。

3 讨 论

本 研 究 结 果 显 示 ，除DYS437、DYS391 和DYS438 基因座外，其余24 个基

因座 （88．9%）的GD 值均大于0．5，而Yfiler®Plus 体系中新增的10 个基

因座其GD 值均大于0．6，为高多态性遗传标记，表明这些新增基因座适用于中

国南方汉族群体。仅分析17 个常用Y-STR 基因座时，共观察到851 种单倍型，

其中823 种（92．3%）单倍型为唯一单倍型，26 种单倍型出现2 次，1 种单倍

型出现3 次，1 种单倍型出现7 次，HD 值为0．999 872 2，DC 值为0．961

581 9。新增10 个基因座后，其HD值升至0．999 987 2，DC 值升至0．994

350 3，说明该体系新增10 个Y-STR 基因座后系统效能显著提高，对于法医学个

体识别具有重要的意义。

表4 27 个Y-STR 基因座在中国南方汉族群体的突变率Table 4 Mutation rates

of 27 Y-STR loci in Southern Chine Han populationY-STR Locus DYS576

DYS518 DYS627 DYS458 DYS570 DYS449 DYS460 DYS390 DYS481 DYS635

DYS456 DYF387S1 DYS385a／b DYS389II DYS391 DYS533 DYS19 DYS437

DYS439 DYS389I GATA_H4 DYS448 DYS438 DYS392 DYS393 Total Number

of allele transfers 912 911 911 911 912 911 911 911 911 911 911 1830

1836 911 911 911 911 911 912 911 911 911 911 911 912 24 623 Number

of mutations 16 12 10 Number of singlerepeat mutations 16 12 Number of

multirepeat mutations 7665554487333222111000 8 7 4 655 5 4 4 8 7 2 3

32 2 2 1 1 1 0 0 0 113 108 Number of gains Number of loss 0 0 20 2 0 0

0 00 0 00 1 0 0 0 000 00 0 0 0 5 88 2 422 2 1 4 0 4 5 522 1 1 0 1 0 0 0 000

54 84834434140005 9 Mutation rates／10-3 17．5 13．2

11．3 7．7 6．6 6．6 5．5 5．5 5．5 4．4 4．4 4．4 3．8 3．3 3．3 3．3

2．2 2．2 2．2 1．1 1．1 1．1 0．0 0．0 0．0 4．6 Binomial 95%CI／10-3

10．1-28．3 6．8-22．9 5．4-20．7 3．1-15．8 2．4-14．3 2．4-14．3

1．8-12．8 1．8-12．8 1．8-12．8 1．2-11．2 1．2-11．2 1．9-8．6 1．5-

7．8 0．7-9．6 0．7-9．6 0．7-9．6 0．3-7．9 0．3-7．9 0．3-7．9 0-

6．1 0-6．1 0-6．1 0-4．0 0-4．0 0-4．0 3．8-5．5

本研究中DYS385a／b 和DYF387S1 均为双拷贝基因座，即采用一对引物在Y 染

色体序列中能结合两个区域，因此能扩增出两个等位基因片段，且无法区分片段来

源，通常视作单倍型看待［3］。单拷贝Y-STR 基因座一般只得到一个扩增片段，

双拷贝Y-STR 基因座得到两个扩增片段，但本研究在DYS570、DYS576、

DYS393 和DYS439 等4 个单拷贝Y-STR 基因座分别检出1 例二等位基因模式

（duo-allelic pattern）分型，DYS385a／b 和DYF387S1则分别检出8 例三等

位基因模式 （tri-allelic pattern），DYS385a／b 检 出3 例 四 等 位 基 因 模 式

（tetra-allelic pattern）。多等位基因模式的产生机制尚不清楚，本研究发现的

23 例多等位基因分型中，有19 例均出现只相差一个核心重复序列的两个等位基

因，推测可能是等位基因在个体发育过程中发生了一步滑动错配，产生了新的等位

基因［4-5］。

本研究中在911 个父子对中共检见100 个父子对出现Y-STR 突变现象，父亲和儿

子出现差异单倍型，家系突变发生率为11．0%。观察到的113个突变事件中

108 个为一步突变模式，占95．6%，符合逐步突变学说［6］。等位基因重复单

位增加与减少的次数之比为1∶1．09，显示Y-STR 突变方向无明显偏倚性。本文

中27 个Y-STR 基因座的平均突变率为4．6 × 10-3 （95%CI：3．8 × 10-3～

5．5 ×10-3），比文献报道的17 个Y-STR 基因座突变率相对要高，例如Weng

等［7］报道的中国南方汉族群体平均突变率为2．3 × 10-3，Ge 等［8］在德克

萨斯州的三个群体中观察到的平均突变率为2．1 × 10-3，Laouina 等［9］发现

在摩洛哥人群中平均突变率为3．5 × 10-3；这一结果与Yfiler®Plus 体系中新增

的10 个Y-STR 基因座中包含7 个快速突变基因座（DYS449、DYS576、

DYS627、DYS518、DYS570 和DYF387S1） 有 关 。Ballantyne 等 ［10］把

突 变 率 高 于1．0 × 10-2 的Y-STR 基因座称为快速突变基因座（rapid

mutating Y-STR，RM Y-STR），本 文 中 有DYS576、DYS518 和DYS627 等

3 个基因座的突变率大于1．0×10-2，DYS458、DYS570、DYS449、DYS460、

DYS390 和DYS481 等6 个基因座的突变率大于0．5×10-2，均显示较高的突变

率。在父系亲缘关系鉴定案件中采用突变率较高的Y-STR 分型时，下排除的结论

需要慎重，如本文发现1 例同时发生三个Y-STR 基因座突变的案例。另一方面Y-

STR基因座突变使得父子单倍型出现差异，同一父系男性个体产生不同的单倍型，

为区分同一父系不同男性个体提供了可能性，这一用途有待于在法医实践中继续探

索。

参考文献

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