亲子鉴定中D18S51基因座突变分析与应对

杨玉有 张丹妍 杨智曦 李新生 吕静 马明福 李练兵

【摘要】目的 对亲子鉴定中STR基因座D18S51突变现象进行观察与分析，获取该基因座在本地区人群中的突变数据和特征。方法 对二联体亲子鉴定使用Identifiler?和STRtyper-10G系统联合检测，三联体亲子鉴定使用Goldeneye?20A系统检测。如果检测结果中有3个以下基因座不符合遗传规律，则增加检测AGCU21+1系统，确认是否存在突变。对D18S51的突变进行分析，计算突变率，分析突变特征。结果 在856例认定亲子关系的鉴定中发现D18S51突变8例，突变率为0.7130%，均为父源的一步突变；其中5例为重复单位减少，2例为重复单位增加，另1例不能确定。结论 本研究发现的D18S51可疑突变经验证确认为突变，其突变步数、突变来源等突变特征与其他文献报道基本一致；D18S51的突变率高于其他文献的报道，可能系本次调查观察的减数分裂次数有限导致，也可能与地区、种群差异有关。

【关键词】法医遗传学；亲子鉴定；STR基因座；突变

【中图分类号】R394.5 【文献标识码】B 【文章编号】ISSN.2095.6681.2018.06.16..02

短串联重复序列（short tandem repeats，STR）是一类广泛存在于人类基因组中具有遗传多态性的DNA序列。STR基因座于20世纪90年代初期首次被作为一种重要的遗传标记应用于人类亲权鉴定。目前，STR已经成为亲权鉴定中应用最广泛的遗传标记。受诱变剂、放射线等许多因素影响，STR基因座可能会发生突变，导致亲子鉴定中亲代与子代的遗传标记不符合遗传规律，从而可能影响亲子鉴定结果的正确性。因此在亲子鉴定中，应调查各基因座的突变率，选取那些突变率低的遗传标记。

D18S51基因座是位于18号染色体长臂的简单四核苷酸重复序列，早期的STR扩增分型系统如英国法庭科学服务部建立的第二代复合扩增系统[1]和美国联邦调查局发起建立的DNA联合索引系统（Combined DNA Index System，CODIS）[2]均包含了该基因座。当下国内法医DNA分型常用的Identifiler?试剂盒和Goldeneye?DNA身份鉴定系统20A试剂盒等也均包含了该基因座。本文作者通过上述两个试剂盒在亲子鉴定检测工作中的应用，对STR基因座D18S51的突变现象进行了观察与分析，现报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样本

1030例亲子鉴定案件样品来源于重庆市正鼎司法鉴定所检案。检验材料包括血样、带毛囊毛发等。

1.1.2 试剂与仪器

Identifiler?试剂盒、Veriti? Thermal Cycler PCR扩增仪和3130 Genetic Analyzer购自美国应用生物系统公司（Applied Biosystems，Inc.，ABI），Goldeneye? DNA身份鉴定系统20A试剂盒购自基点认知技术（北京）有限公司，STRtyper-10G试剂盒购自珠海科登生物工程有限公司，AGCU 21+1 STR 荧光检测试剂盒购自无锡中德美联生物技术有限公司。

1.2 方法

1.2.1 DNA的提取

采用Chelex-100法提取样本基因组DNA。

1.2.2 PCR扩增和电泳分型

三联体亲子鉴定采用Goldeneye? 20A试剂盒检测，二联体亲子鉴定联合采用Identifiler?试剂盒和STRtyper-10G试剂盒联合检测。如果出现可疑突变，则补充检测AGCU 21+1 STR系统。扩增产物通过3130 Genetic Analyzer进行毛细管电泳，GeneMapper ID v3.2软件进行基因型分型。

1.2.3 统计分析

亲权指数（paternity index，PI）、累计亲权指数（cumulative paternity index，CPI）的计算按文献报道的方法进行[3-4]。计算所使用的相关等位基因分布频率数據来自文献[5]及试剂盒生产厂家所提供的频率表。如果观察到等位基因发生突变，则参考美国血库协会（American Association of Blood Banks，AABB）和国际法医遗传学会（International Society for Forensic Genetics，ISFG）推荐的Brenner逐步突变模型计算PI值[3-4]；STR基因座突变率μ值见参考文献[6]。

1.2.4 判定依据

判定亲生关系的理论依据是孟德尔遗传定律和行业规范[7]及专家共识[8]。经过累计非父排除概率（cumulative probability of exclusion，CPE）≥99.99%的遗传标记系统的检测，经过计算，被检测男子的CPI小于0.0001时，排除被检测男子是孩子的生物学父亲；被检测男子的CPI大于10000时，支持被检测男子是孩子的生物学父亲[7]。在支持亲权关系的鉴定中，出现不符合遗传规律的分型结果则考虑发生突变，增加检测AGCU21+1STR试剂盒确证。在三联体亲权鉴定中，当考虑发生了突变时，子代新等位基因的来源根据子代新等位基因与亲代等位基因的差异大小来确定，亲代等位基因与子代新等位基因差异最小的一方定为突变来源方。

2 结 果

对存在可疑突变的案例，增加检测AGCU 21+1系统，均未发现新的不符合遗传规律的分型结果。

1030例鉴定中有856例鉴定认定亲子关系，CPI均>10 000；其中二联体鉴定590例、三联体鉴定266例，减数分裂观察次数为1122；共发现突变30例，其中D18S51基因座突变8例，突变率为0.7130%。

8例突变案例中突变来源均为父方，均为一步突变，其中5例表现为重复单位的减少，2例表现为重复单位的增加，另外1例尚不能确定突变的等位基因及重复单位的增减。8例发生突变的等位基因的重复单位重复次数均在14次以上，均发生于碱基结构均一即重复次数为整数而不伴有不完全重复单位插入的等位基因，结果见表1。

3 讨 论

3.1 突變模式与突变步数

现有研究表明，STR基因座突变主要由复制滑动造成，该类突变符合逐步突变模式，一步突变大约占突变的90%[8]。本研究所发现的8例突变均为一步突变，未发现多步突变。

3.2 突变来源者民族

依据AABB 2008年度数据分析，民族也是STR基因座突变率差异的原因之一[9]，所以本调查标明了突变来源者的来源地区及民族以便于与其他地区及民族比较。

3.3 突变的来源

由于精子细胞分化经历的细胞分裂次数比卵细胞多等原因，父源突变多于母源突变。本研究发现的8例突变均为父源突变。刘素娟等[10]对中国南方汉族10 000例肯定亲子关系的三联体亲权鉴定案例进行分析，发现父源突变率与母源突变率的平均比值约为3.57：1，与Brenner[11]推荐的平均比值3.5较为接近。但AABB 2008年度的数据[9]也显示这一比值在不同的基因座差异较大，最小为1.25倍，最大则达到18.466倍。

3.4 突变的基因座与突变率

STR基因座的突变率与等位基因中基序的碱基结构和重复次数有关[8]。AABB 2008年[9]的统计结果及李成涛等[12]对中国多地区人群数据的大样本统计中，D18S51均是所统计基因座中突变率第三高的基因座，平均突变率分别为0.1808%和0.1666%；严江伟等[6]报道的D18S51基因座平均突变率为0.060%；在刘素娟等[10]的统计结果中，D18S51则是突变率最高的基因座，平均突变率为0.23%。本调查所得到的D18S51突变率为0.7130%，高于上述文献报道，可能与本次调查观察的减数分裂次数有限有关，也可能与地区、种群差异有关。

3.5 突变的应对

李成涛等[12]研究表明，约100例单亲亲子鉴定或50例三联体亲子鉴定就可能遇上1～2例突变。因此，突变是亲子鉴定检案中一个不可回避的问题。

当检测一定数量的STR基因座只有少数几个基因座不符合遗传规律时，应考虑突变的可能性。遇到此类情况后，建议首先用不同的试剂重复检测，保证分型正确。然后计算疑似突变位点的PI值，计算突变率时建议尽可能采取本地区同种族人群大样本调查所得的参数，在母源数据不充分的情况下，母源突变率可直接取值0.0005[7] 。经过计算CPI，当CPI大于0.0001而小于10000时，应通过增加检测遗传标记来达到要求[7]；当CPI大于10000时，应慎重考虑，仍建议增加检测新的遗传标记：如果不存在亲权关系，则会发现更多的不符合遗传规律的基因座。

为了更全面地了解中国人群中亲权鉴定常用STR基因座的突变规律，建议各地区学者加强对突变现象的观察与报道，分析突变来源和类型，了解突变来源者的民族和年龄等更多、更加全面的信息，以实现数据共享和比较分析。

参考文献

[1] Kimpton CP，Oldroyd NJ，Watson SK，et al.Validation of highly discriminating multiplex short tandem repeat amplification systems for individual identification[J].Electrophoresis，1996，17（8）：1283-1293.

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[3] AABB.Guidance for standards for relationship testing laboratories [M].7th ed，Maryland：AABB，2006：154-157.

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[5] 黄 霞，王 芳，王蓉感，等.重庆地区汉族人群15个STR基因座遗传多态性研究[J].重庆医学，2008，（1）：58-60.

[6] Yan J，Liu Y，Tang H，et al.Mutations at 17 STR loci in Chinese population[J].Forensic Sci Int，2006：162（1-3）：53-54.

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[8] 侯一平.法医物证学：第4版[M].北京：人民卫生出版社，2016：181-182.

[9] American Association of Blood Banks （AABB）.Annual report for testing in 2008[EB/OL].

[10] 刘素娟，李成涛，陈文静，等.常染色体STR突变率的研究[J].中山大学学报（医学科学版），2013，34（3）：326-330.

[11] Brenner CH.Mutations in Paternity[EB/OL].

[12] 李成涛，赵书民，柳燕.DNA鉴定前沿[M].北京：科学出版社，2011：19-26.

本文编辑：王雨辰