天津漢族群體D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座遺傳多態性的研究*

史云芳 孫 璐 李 巖 李曉洲 張秀玲 張 穎 岳天孚

天津漢族群體D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座遺傳多態性的研究*

史云芳 孫 璐 李 巖 李曉洲 張秀玲 張 穎△岳天孚

目的：研究天津漢族群體21號染色體上D21S11、D21S1440和Penta D 3個短串聯重復序列（STR）基因座遺傳多態性，為唐氏綜合征（DS）基因診斷和產前基因診斷提供實驗依據。方法：收集天津無親緣關系的漢族個體332例，定量熒光PCR（QF-PCR）擴增STR基因座，ABI PRISM 377測序儀檢測PCR擴增產物。根據3個STR基因座的基因型分布進行Hardy-Weinberg平衡檢驗。計算3個STR基因座的基因型頻率、觀察雜合度（Ho）、多態信息量（PIC）、個體識別率（DP）、非父排除率（PE）等群體遺傳學數據。結果：D21S11、D21S1440和Penta D 3個STR基因座分別檢出6、4、8個等位基因，基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡定律。3個基因座的Ho分別為0.617、0.705、0.867，PIC分別為0.755、0.596、0.795，DP分別為0.916、0.794、0.931，PE分別為0.312、0.436、0.730。結論：D21S11、D21S1440和Pen?ta D STR基因座在天津漢族群體雜合度高，是21號染色體良好的遺傳標記，對DS的基因診斷有指導意義。

串聯重復序列 唐氏綜合征 多態現象，遺傳 聚合酶鏈反應 天津 D21511 D215144 Penta D

短串聯重復序列（short tandem repeat，STR）是一種以2~6個核苷酸為重復單位組成的簡單串聯重復基因片段，廣泛分布在各種真核生物基因組中。國內外常采用聚合酶鏈反應（PCR）檢測與21號染色體相關的STR基因座進行唐氏綜合征（Down syn?drome，DS）的基因診斷。但STR的基因頻率和雜合度有地區和種族差異，用于基因診斷時必須篩選出本地區雜合度高的STR基因座。本實驗研究天津漢族群體21號染色體上D21S11、D21S1440和Penta D 3個STR基因座的遺傳多態性，為DS基因診斷和產前基因診斷提供實驗依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象 收集2003年9月—2007年12月在天津醫科大學總醫院婦產科優生遺傳門診進行遺傳咨詢、染色體核型分析正常且無親緣關系的天津漢族個體332例，其中男164例，女168例，年齡20~43歲。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取 靜脈取血2 mL，EDTA抗凝，采用鹽析法提取DNA。根據NCBI的UiSTS數據庫（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/unists）和文獻[1]，選擇D21S11、D21S1440和Penta D 3個STR基因座。正向引物5'端均由熒光染料5-羧基-熒光素（caboxyfluorescein-5-succimidyl ester，FAM）標記，引物序列由北京鼎國生物技術有限責任公司合成，見表1。

Table 1 The characters of STR loci D21S11,D21S1440 and Penta D表1 D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座特征

1.2.2 熒光定量PCR（QF-PCR）擴增及產物檢測 PCR反應體系 25 μL，1×PCR buffer，dNTPs 0.2 mmol/L，模板 DNA約0.6 ng，引物濃度為 0.12 μmol/L。PCR 擴增條件：預變性95 ℃ 2 min；變性95 ℃ 30 s，退火59 ℃ 30 s，延伸72 ℃ 1 min，共32個循環；延伸72℃ 5 min后60℃保溫30 min，4℃保存。PCR反應結束后，4%聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測擴增產物，ABI PRISM 377自動測序儀掃描電泳圖，用GeneScan 3.1軟件和Binthere軟件進行數據提取、分析。

1.3 統計學方法 直接計數法觀察各位點的等位基因頻率，觀察到的基因型頻率用SPSS 13.0軟件進行分析，驗證是否符合Hardy-Weinberg平衡定律。采用PowerStatsV12軟件進行統計分析，分別計算3個STR基因座的觀察雜合度（heterozy?gosity of observation，Ho）、多態信息量（polymorphism informa?tion content，PIC）、個體識別率（probability of discrimination power，DP）和非父排除率（probability of exclusion，PE）等群體遺傳學數據。

2 結果

2.1 3個基因座基因頻率分布 332例樣本均擴增成功。D21S11 STR基因座共發現6種等位基因，等位基因片段長度分別為220、224、228、232、236、240 bp，由小到大依次命名為1~6。D21S1440 STR基因座共發現4種等位基因，等位基因片段長度分別為157、160、163、166 bp，由小到大依次命名為 1~4。Penta D STR基因座共發現8種等位基因，等位基因片段長度分別為398、403、408、413、418、423、428、433 bp，由小到大依次命名為1~8，見表2、圖1。

Table 2 The allele frequencies of D21S11,D21S1440 and Penta D STR loci表 2 D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座等位基因頻率

Figure 1 The allele ladders of D21S11,D21S1440 and Penta D STR loci圖1 D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座等位基因分型標準階梯

2.2 Hardy-Weinberg平衡檢驗 對D21S11、D21S 1440和Penta D 3個STR基因座的基因型分布進行檢驗，其基因型觀察值與期望值吻合良好（χ2分別為336.00、90.00、648.00，均P>0.05），基因型分布符合Hardy-Weinberg平衡定律。各基因座基因型分布見表3~5。

Table 3 Genotype frequencies of STR locus D21S11表3 D21S11 STR基因座的基因型分布

Table 4 Genotype frequencies of STR locus D21S1440表4 D21S1440 STR基因座的基因型分布

2.3 遺傳多態性統計 天津漢族群體D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座Ho、PIC、DP和PE等群體多態性數據見表6。

3 討論

STR又稱微衛星、簡單重復序列（Simple se?quence repeats，SSRs），在人類基因組中分布較廣，具有信息量大、易于檢測、高度多態性并遵循孟德爾共顯性遺傳等特點，廣泛用于基因作圖、篩選目的基因、遺傳病連鎖分析、群體遺傳學研究、法醫個體識別、親權鑒定及器官移植等方面。自從1993年Mansfield等首次報道利用熒光定量PCR擴增STR基因座診斷染色體數目異常以來，國內外已有較多研究將STR基因座用于產前診斷[2-3]。但STR基因座的基因頻率和雜合度因群體、地域不同而不同，只有篩選出雜合度高、多態信息量大的STR基因座，才有可能對DS進行基因診斷和產前基因診斷。本研究從Genbank中選擇21號染色體DS關鍵區內部及附近的3個STR基因座進行研究，為建立適合天津漢族群體的DS快速基因診斷和產前基因診斷方法提供實驗依據。目前少見天津漢族群體D21S1440的遺傳多態性數據。

Table 5 Genotype frequencies of STR locus Penta D表5 Penta D STR基因座的基因型分布

Table 6 The genetic polymorphism parameters of 3 STR loci表6 3個STR基因座遺傳多態性參數

Demeter等[4]研究羅馬尼亞特蘭西瓦尼亞地區2個匈牙利人群D21S11基因座的遺傳多態性，分別發現15和14個等位基因片段，其Ho、PIC、DP和PE分別為0.838 1和0.911 0、0.840 7和0.837 1、0.961 4和0.950 6、0.671 6和0.817 9。Okamoto等[5]發現在日本人群中D21S11基因座有12個等位基因，其Ho、PIC、DP和PE分別是0.740 1、0.744 7、0.916 8和0.493 0。西安[6]和浙江[7]漢族人群中D21S11基因座分別檢出12和17個等位基因，其Ho、PIC、DP和PE分別是0.849 8和0.824、0.796 9和 0.83、0.943 2和 0.947、0.645（浙江）。本研究中D21S11 STR基因座發現6個等位基因，天津漢族群體D21S11 STR基因座Ho為0.617，略低于文獻報道，可能與人種間及地區間基因的分布不同有關。DP值為0.916，接近文獻報道。PE值為0.312，略低于文獻報道。值得注意的是天津漢族群體D21S11 STR基因座PIC較高，為0.755，適用于個體識別的研究。

D21S1440 STR基因座國內外文獻報道較少見。劉世明等[8]研究21號染色體上8個STR基因座的遺傳多態性，發現D21S1440基因座有5個等位基因片段，其中Ho和PIC分別為0.548 4和0.458 2。本研究中天津漢族群體D21S1440 STR基因座檢出4個等位基因，Ho為 0.705，PIC為 0.596，DP為0.794，PE為0.436，滿足Ho＞ 0.70的要求，是Ho較高的STR基因座，可以用于DS的基因診斷。

Penta D STR基因座在日本人[5]中Ho為0.768 4，PIC為0.774 2，DP為0.932 2，PE為0.541 7。北京[9]、河南[10]地區Penta D基因座分別發現15和9個等位基因，Ho、PIC、DP和 PE 分別為 0.813 9和 0.824 1、0.787 8和 0.771 0、0.931 7和 0.924 0、0.634 9和0.632 5。Penta D基因座在本研究中檢出8個等位基因，Ho為 0.867，PIC 為 0.795，DP為 0.931，PE 為0.730，與以上文獻報道基本一致。結果表明Penta D STR基因座具有很高的多態信息量，是DS基因診斷和個體識別的首選基因座。

本研究發現21號染色體上D21S11、D21S1440和Penta D STR基因座在天津漢族群體中有較高的雜合度，是21號染色體良好的遺傳標記。聯合筆者早期研究的D21S1411和D21S1413基因座[11]，可用于DS的基因診斷和產前基因診斷，從而有效地預防DS患兒的出生。后續研究還將篩選13、18、X、Y染色體上的STR基因座，診斷這些染色體的數目異常。

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Genetic Polymorphisms of STR Loci D21S11，D21S1440 and Penta D in Tianjin Han Population

SHI Yunfang,SUN Lu,LI Yan,LI Xiaozhou,ZHANG Xiuling,ZHANG Ying,YUE Tianfu

Department of Obstetrics and Gynecology,General Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin 300052,China

Objective:To investigate the genetic polymorphisms of 3 short tandem repeat(STR)loci D21S11，D21S1440 and Penta D on chromosome 21 in Tianjin Han population and to provide basic data for the use of 3 STR loci in gene diagnosis and prenatal gene diagnosis of Down syndrome(DS).Methods:Blood samples were collected from 332 unre?lated individuals of Tianjin Han population.QF-PCR and ABI PRISM 377 DNA sequencer were used.The frequencies of the genotypes were tested with Hardy-Weinberg equilibrium.Genetic analysis was performed to conclude some data of popula?tion genetics such as the frequency of the alleles，the heterozygosity of observation(Ho)，the polymorphism information content(PIC)，the probability of discrimination power(DP)and the probability of exclusion(PE).Results:Six,four and eight alleles of D21S11，D21S1440 and Penta D were observed respectively.The frequencies of the genotypes were in good agreement with Hardy-Weinberg equilibrium.The Ho of 3 STR loci were 0.617,0.705 and 0.867.The PIC were 0.755,0.596 and 0.795.The DP were 0.916,0.794 and 0.931.The PE were 0.312,0.436 and 0.730.Conclusion:D21S11，D21S1440 and Penta D STR loci had high heterozygosity in Tianjin Han population,which were good genetic markers of chromosome 21 and can be used in gene diagnosis and prenatal gene diagnosis of DS.

tandem repeat sequences down syndrome polymorphism,genetic polymerase chain reaction TIAN?JIN D21511 D215144 Penta D

10.3969/j.issn.0253-9896.2012.08.001

*天津市科技攻關課題（項目編號：06YFSYSF01800）；天津市教委資助課題（項目編號：20050229）

300052 天津醫科大學總醫院婦產科（史云芳，李巖，李曉洲，張秀玲，張穎，岳天孚）；天津市中心婦產科醫院（孫璐）

△通訊作者 E-mail：tjzyyzy@yahoo.com.cn

（2012-02-06收稿 2012-04-14修回）

（本文編輯 李鵬）

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