山东日照地区汉族人群37 个Y-STR 基因座的遗传多态性

黄怡文，张洁，徐军，王玉前

日照市公安局刑事科学技术研究所，山东 日照 276800

Y 染色体为男性特有的性染色体，在男性性状发育中扮演着关键角色。Y 染色体两端各有一小部分区域为拟常染色体区，约占Y 染色体的5%，可与X 染色体同源区段进行基因交换和重组，其余部分为非重组区（non-recombining region，NRY）[1]，具有高度的种群特异性，在人类迁徙、考古和种族家系鉴定等研究领域具有重要的借鉴意义[2]。日照市位于山东黄海之滨，下辖两区两县（东港区、岚山区、莒县、五莲县）。鉴于该地区地处鲁苏两省交汇处等特殊地理因素，南北人群遗传信息的数次碰撞与融合使日照地区人群遗传结构趋于复杂。

本研究采用Goldeneye®DNA 身份鉴定系统YPlus［基点认知技术（北京）有限公司］分析山东日照地区汉族人群的37 个Y-STR 基因座，以期为法医物证学相关研究与实践提供群体遗传学数据。

1 材料与方法

1.1 样本

收集日照地区来自两区两县共939 例（其中东港区231 例、岚山区274 例、莒县223 例、五莲县211 例）汉族男性无关健康个体的FTA 采血卡。样本采集均遵循知情同意原则。

1.2 检测方法

用Chelex-100 法提取基因组DNA，用Goldeneye®DNA 身 份鉴定系统Y-Plus 在9700 型PCR 仪（美 国Applied Biosystems公司）上进行复合扩增。采用10 μL扩增体系，包含2.5 μL 反应缓冲液、2.0 μL 引物混合物、5.5 μL 去离子水。热循环参数：95 ℃ 2 min；94 ℃5 s，60 ℃90 s，62 ℃60 s，27 个循环；60 ℃5 min，15 ℃保存。扩增产物经系统自带的6-Dye Matrix标准品校正后，在3500xL 基因分析仪（美国Applied Biosystems公司）上电泳，由GeneMapperTMID-X v1.6 软件（美国Thermo Fisher Scientific 公司）进行结果分析和输出。采用标准品9948 作为阳性对照，纯水作为阴性对照。

1.3 统计学分析

使用直接计数法计算各基因座的等位基因频率，基于等位基因频率计算各基因座的单倍型频率、GD、DC及HD。采用YHRD在线分析软件（https://yhrd.org/）进行分子方差分析（analysis of molecular variance，AMOVA），计算山东日照地区汉族人群与其他11 个人群间的遗传距离（Rst值）。对日照地区汉族人群与广东[3]、贵 州[4]、江 西[5]、安 徽[6]、上 海[7]、江 苏[8]、陕西[9]7 个汉族人群以及云南迪庆藏族[10]、青海藏族[11-12]、四川藏族[13]、四川阿坝藏族[10]等地区人群之间的基因频率差异进行统计分析，获得不同地区之间遗传距离的Rst值和P值，并构建多维尺度（multidimensional scaling，MDS）分析图，获得各群体间的遗传矩阵。

2 结果

2.1 37 个Y-STR 基因座的遗传多态性

939 例山东日照地区汉族男性无关个体的37 个Y-STR 基因座都得到了复合扩增（由于rs199815934、rs771783753、rs759551978 3 个二等位InDel 位点仅有1、2 两种基因分型，基因多样性较低，故不列入分析）。37 个Y-STR 基因座共检出407 种等位基因和939种单倍型，没有发现共有单倍型。DC值为0.996 8，HD 值为0.999 9，等位基因频率分布见表1，GD 值见表2。

表1 山东日照地区汉族男性人群37 个Y-STR 基因座的等位基因频率分布Tab.1 Allele frequency distribution of 37 Y-STR loci in Shandong Rizhao Han male population（n=939）

表2 山东日照地区汉族男性人群37 个Y-STR 基因座的GD 值Tab.2 Gene diversity of 37 Y-STR loci in Shandong Rizhao Han male population （n=939）

续表1Continued Tab.1

通过表1～2 可 知，DYS385a/b基因座（GD 值为0.959）检测到59 种基因分型，DYS387S1a/b基因座（GD 值为0.942）检测到40 种基因分型，在山东日照地区汉族男性人群中具有较高的基因多样性。其余35 个Y-STR 基因座的GD 值为0.023（DYS645）至0.937（DYS527a/b），其中DYS645基因座检出的等位基因数量最少（2 个），GD 值（0.023）最低；除DYS645（0.023）、DYS391（0.411）、DYS438（0.496）的GD 值低于0.5 外，其余基因座的GD 值均大于0.5，鉴别能力也较强。

2.2 山东日照地区汉族人群与其他11 个人群间的遗传距离及MDS 分析

通过AMOVA 得到日照地区汉族人群与YHRD数据库中其他11 个人群间的Rst遗传距离（表3），并绘制MDS 分析图（图1）。结果表明，日照地区汉族人群与其他11 个人群之间的遗传距离差异具有统计学意义（P＜0.05），各群体间的遗传距离为0.001 5～0.330 2。其中，山东日照地区汉族人群与陕西汉族人群遗传距离最近（0.001 8），与阿坝藏族人群遗传距离最远（0.324 9）。

图1 12 个中国人群的MDS 分析图Fig.1 MDS analysis diagram of 12 populations in China

表3 山东日照地区汉族人群与其他11 个人群的Rst值Tab.3 Rst value between Shandong Rizhao Han population and other 11 populations

3 讨论

本研究采用荧光标记复合扩增方法对939 例山东日照地区不同区县的汉族男性无关健康个体进行了37 个Y-STR 基因座的多态性研究，除DYS645、DYS391、DYS438多样性较差，GD 值低 于0.5，不适合应用于实际检案[14]，其余34 个基因座的多态性均较高。

通过对山东日照地区汉族男性人群和YHRD 数据库中其他群体的遗传距离进行比较，结果表明，虽然山东日照汉族男性人群和安徽汉族、江苏汉族人群具有比较近的遗传距离，但其仍然具有自己独特的群体特征和遗传结构。

男性性染色体组成为XY，女性为XX。与X 染色体不同，Y 染色体只能由父亲遗传给儿子，故在一个父系家族中，其男性个体拥有完全相同的Y 染色体非重组区（突变除外），鉴于Y 染色体这样的遗传方式，其在与男性相关的案件实践中具有重要意义。相较于常染色体数据库比对以个体为目标，Y 染色体数据库搜索会获得以家系为范围的结果。我国人群相对倾向于以家族为单位在一定区域内定居，特别是在一些村落，流动人口较少，家系相对清晰，利用Y-STR数据库的区域性属性，为家系排查带来了便利，因染色体非重组区父系遗传的特点，使其成为探索父系历史的最佳工具[15]。

参考重庆[16]、浙江[17]等地区汉族人群Y-STR 遗传多态性分析结果可以发现，5～6 个Y-STR 基因座检出的单倍型重复率较高。因此，Y-STR 分析技术的法医学应用应在充分的群体调查基础上开展，有必要建立样本量尽量大且基因座数目尽量多的本地区YSTR 遗传数据库，以弥补Y-STR 单倍型群体分布的相对不足。根据国际法医遗传学会的建议，进行染色体STR 基因座的无关个体调查人数不宜少于500 例[18]。本研究使用的Goldeneye®DNA 身份鉴定系统YPlus 除核心Y-STR 位点外，还增加了DYS527a/b、DYS643、DYS444、DYS596、DYS557、DYS645、DYS388、DYS404S1a/b、DYS593、DYS522、DYS447、DYS549等基 因座，其中DYS527a/b、DYS385a/b、DYS387S1a/b、DYS404S1a/b为多拷贝基因座。增加的DYS388这一低突变率位点（突变率为10-4，其余大部分基因座突变率约为10-3）和筛选出的高突变率位点（突变率高达10-2[19]）DYS570、DYS576、DYS518、DYS627、DYS404S1a/b[20]有助于Y-STR 基因座在亲权鉴定中的应用和对同一父系男性家族的区分。在此基础上添加的DYS460、DYS447、DYS527等在中国人群中多态性较好，表明该试剂盒的通用性和在中国人群中的鉴别能力较强。本研究调查样本939 例，远大于用于等位基因频率计算的DNA 数据库所需样本数，达到了准确评估各项遗传学参数的要求。由于Y 染色体本身的遗传特性，决定了其父系连锁遗传特点，不符合孟德尔遗传定律，所以不能用概率乘法计算组合概率得到遗传学指标值，故Y-STR 的遗传学指标有其独立的计算公式和规则。在Y 染色体上，单个基因座的PIC、PE 与GD 相同。累积DP、累积PE 与HD 相同[21]。

本研究还通过对山东日照地区汉族人群与其他11 个人群进行AMOVA，计算了Rst值，结果显示，山东日照地区汉族人群与陕西汉族人群遗传距离最近，与阿坝藏族人群遗传距离最远。遗传距离或与地理距离存在相关性，相邻地区间的遗传距离相对较小，而地理距离较远的群体间则遗传距离较大。综上所述，不同地域人群间Y-STR 单倍型的分布存在差异，该遗传距离的差异与各参考人群的地理分布一致，客观反映了父系血统的地理结构及基因漂移。因此，基于不同地域人群Y-STR 基因座的信息资料仍需不断积累与完善，为未来民族的起源、迁徙以及法医学实践提供相关数据支持。

随着商业试剂盒的成功开发，Y-STR 基因座已被广泛应用于群体遗传学和法医学研究，并作为常染色体STR 的辅助或补充检测手段。本研究结果表明，所使用的Goldeneye®DNA 身份鉴定系统Y-Plus 增加的Y-STR 遗传标记在山东日照地区汉族人群中具有很高的遗传多态性，完全能够满足法医学检案中涉及Y 染色体基因检测的需求，是性别鉴定、混合斑中男性成分检测、个体识别和父权鉴定中的新工具[22]。