29個Y-STR基因座復合擴增體系的建立

王新杰，羅莉靜，黃磊，許欣

（1.濰坊市公安局，山東濰坊 261061；2.山東省公安廳，山東濟南 250001）

29個Y-STR基因座復合擴增體系的建立

王新杰1，羅莉靜1，黃磊2，許欣1

（1.濰坊市公安局，山東濰坊 261061；2.山東省公安廳，山東濟南 250001）

目的建立29個Y-STR基因座的復合擴增體系，進行遺傳多態性調查，并評價其法醫學應用價值。方法采用五色熒光標記技術，對29個Y-STR基因座（DYS456、DYS389Ⅰ、DYS437、DYS447、DYS389Ⅱ、DYS438、DYS522、DYS460、DYS458、DYS622、DYS390、DYS392、DYS448、DYS449、DYS391、Y-GATA-H4、DYS388、DYS19、DYS385a/b、DYS527a/b、DYS393、DYS459a/b、DYS635、DYS439、DYS570和DYS627）進行復合擴增和毛細管電泳檢測。調查山東漢族2000名無關男性個體29個Y-STR基因座的遺傳多態性數據，并對系統性能進行檢測。結果本方法同時檢測29個Y-STR基因座，在2000名個體中共檢出1981種單倍型，基因多樣性在0.3700～0.9654。方法特異性好，分型結果準確穩定，靈敏度達0.05ng，實際案例常見生物檢材的檢驗結果良好。結論29個Y-STR基因座復合擴增檢測法可以用于實際案例檢驗，調查所獲數據對建立Y-STR數據庫的相關研究和應用具有重要意義。

法醫遺傳學；多態現象，遺傳；Y染色體；短串聯重復序列

Y染色體STR單倍型父系遺傳的特點在諸如父系家族的親權鑒定、混有女性或多人份男性混合斑中男性個體分型以及追溯父系遷移歷史等方面具有獨特的應用價值[1]。由于Y-STR基因座呈單倍型遺傳，其識別能力通常低于同等數目常染色體STR基因座，不能用于個體同一認定，且Y-STR基因座的多態性在不同人群的差異也遠遠高于常染色體基因座。因此，為獲得較高的系統鑒別能力，應盡量選擇多態性高的基因座，并盡可能在系統中納入更多的STR基因座。本研究采用五色熒光標記復合擴增技術對29個Y-STR基因座進行檢測，并調查山東地區漢族人群的遺傳多態性，以評價其在法醫學常見物證檢材中應用的價值，旨在為法庭科學DNA分析提供一種新方法，并為相關分析和研究提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 樣本

遺傳多態性調查樣本2 000份男性無關個體血樣為實驗室日常積累。種屬特異性測試樣本：黑猩猩、獼猴、狒狒血樣取自濰坊市動物園，豬、牛、驢、狗、貓、魚購于市場。男性特異性測試樣本：男性DNA標準品

007和女性DNA標準品9947A，按照1∶1 000的比例混合；20份女性無關個體血樣來源于日常積累。實際案件樣本：本實驗室日常積累的案件檢材，包括血斑、精液（陰道液）混合斑、汗液斑、唾液斑、肋軟骨、肌肉組織、骨骼及毛發。

1.2 復合擴增體系的建立

1.2.1 基因座選擇及引物設計

考慮到不同試劑盒的兼容性，本研究首先選擇AmpF詛STR誖Yfiler誖PCR擴增試劑盒（簡稱Yfiler試劑盒）、PowerPlex誖Y23試劑盒和AGCU 24Y熒光檢測試劑盒（美國AB公司）共同包含的17個Y-STR基因座，在此基礎上又增加了12個Y-STR基因座，以獲得更高的系統鑒定能力。29個Y-STR基因座堿基序列查自基因組數據庫及相關文獻[1-4]。

設定所選目標基因座的片段大小范圍后，在目標重復序列兩側，用Primer Express誖Software Version 3.0設計引物，對獲得的單基因座引物的擴增條件先進行優化，必要時重新設計引物，直至得到特異性擴增產物。

在成功建立單基因座擴增條件的基礎上，通過反復實驗確定復合擴增中的各個參數，使各基因座擴增產物基本達到平衡、特異的要求，最終建立多重復合擴增體系。所有引物均由生工生物工程（上海）股份有限公司合成和標記，29個基因座的相關信息見表1。

表1 29個基因座的相關信息

1.2.2 PCR擴增條件

PCR反應總體積為10 μL，內含DNA模板0.5～ 2ng，dNTP 250 μmol/L，MgCl22.0 mmol/L，1×緩沖液，金牌Taq酶2U，純水補至10μL，引物及濃度（μmol/L）分別為DYS456（0.38）、DYS389Ⅰ/Ⅱ（0.54）、DYS437（0.24）、DYS447（1.11）、DYS438（0.91）、DYS522（1.21）、DYS460（0.25）、DYS458（0.38）、DYS622（0.25）、DYS390（0.35）、DYS392（7.35）、DYS448（0.30）、DYS449（0.83）、DYS391（0.30）、Y-GATA-H4（0.89）、DYS388（2.21）、DYS19（5.43）、DYS385a/b（1.56）、DYS527a/b（0.66）、DYS393（0.96）、DYS459a/b（1.71）、DYS635（1.21）、DYS439（1.01）、DYS570（1.91）和DYS627（8.05）。熱循環參數：95℃11 min；94℃1 min，59℃1 min，72℃1min，28個循環；60℃60min，4℃保溫。

1.2.3 電泳及Y-STR分型

取PCR產物1μL與9μL去離子甲酰胺、0.2μL

LIZ-500混勻，95℃3 min后立即冰浴3 min。使用3130XL型遺傳分析儀（美國AB公司）以3kV 10s進行電泳分離。GeneMapper誖ID v3.2軟件進行分析判型。

1.3 擴增體系技術指標驗證

一致性驗證：2 000份無關男性血樣按本研究方法進行擴增及分型檢測，其Y-STR分型結果與Yfiler試劑盒分型結果進行比較。

靈敏度驗證：取男性DNA標準品007稀釋至2、1、0.5、0.25、0.125、0.0625、0.05、0.025ng/μL，按本方法平行重復檢測3次。

種屬特異性驗證：取人源性和非人源性DNA（黑猩猩、獼猴、狒狒、豬、牛、驢、狗、貓、魚）按本方法檢測Y-STR基因座。

男性特異性驗證：取20份女性DNA樣本；0.1ng標準品007和100 ng標準品9947A以1∶1 000比例混合后；分別按本方法檢測分析。

案件檢材適應性驗證：取案件檢材血斑、精液（陰道液）混合斑、汗斑、唾液斑、肋軟骨、肌肉、骨骼及毛根，提取DNA后采用本方法檢測。

1.4 統計學分析

應用直接計數法計算29個Y-STR基因座等位基因頻率和單倍型頻率。基因多樣性（GD）或單倍型多樣性（HD）用公式GD（HD）=n（1-∑Pi2）/（n-1）計算，其中n為樣本數，Pi為等位基因頻率或單倍型頻率[2]。

2 結果與討論

2.1 復合擴增系統評價

采用本研究方法，29個Y-STR基因座均得到有效擴增，采用0.5ng DNA模板進行擴增，平均峰高約2000RFU，且各基因座間擴增產物峰高均衡，峰型對稱尖銳、無釘子峰和其他干擾峰，基線平（圖1）。將各個基因座上含不同等位基因的樣品單個進行擴增，擴增產物按比例混合，平衡后再將等位基因混合物稀釋1000～10000倍后再次擴增，所得產物作為該基因座的等位基因分型標準物（圖2）。2000份無關男性個體血樣經本研究方法檢測，結果與Yfiler試劑盒相同基因座的分型結果均完全一致，說明本研究方法具有較好的準確性和一致性。

本研究最佳模板量在0.125～1.0ng/μL，模板量低至0.05ng/μL仍可獲得完整STR分型結果，但峰值可小于80RFU。模板量在1.0～2.0ng/μL時，仍可獲得較好的分型結果，且未出現拔起峰等雜峰。

用本研究方法對黑猩猩、獼猴、狒狒、豬、牛、驢、狗、貓、魚9種動物樣本進行檢驗，結果黑猩猩因與人DNA同源性高達98%[5]，共檢測出9個擴增片段，但其中4個峰位于基因座等位基因bin上，4個位于bin中間，1個峰位于兩個基因座之間，與人DNA檢測結果有明顯區別，故不影響對人樣本的判型，但如果發現混合分型時應注意鑒別[6]。狒狒、獼猴和非靈長類動物的檢測結果均為陰性。男性DNA標準品007和女性DNA標準品9947A按1∶1 000的比例混合后用本方法檢測，結果男性樣本可準確分型，未發現女性樣本干擾。此外，曾有報道[7]在DYS391和DYS393基因座上有個別女性樣本出現擴增產物，而20例女性樣本均未出現擴增產物。此外，對血斑、精液（陰道液）混合斑、汗液斑、唾液斑、肋軟骨、肌肉組織、骨骼及毛根等樣本，經磁珠法提取DNA后采用本研究方法擴增檢測，均獲得29個基因座的分型，結果與Yfiler相同基因座的結果一致。

圖1 29個Y-STR基因座的復合擴增分型圖譜

圖2 等位基因標準物分型圖譜

2.2 29 個Y-STR基因座遺傳多態性

2000 名山東漢族男性無關個體29個Y-STR基因座檢出等位基因數分別為DYS456（8）、DYS389Ⅰ（7）、DYS437（8）、DYS447（12）、DYS389Ⅱ（12）、DYS438（6）、DYS522（7）、DYS460（6）、DYS458（14）、DYS622（11）、DYS390（9）、DYS392（8）、DYS448（10）、DYS449（19）、DYS391（6）、Y-GATA-H4（7）、DYS388（8）、DYS19（9）、DYS385a/b（18）、DYS527a/b（18）、DYS393（7）、DYS459a/b（5）、DYS635（8）、DYS439（8）、DYS570（10）和DYS627（19），各等位基因頻率及GD值見表2～3，除DYS391、DYS438外，其余基因座的GD值均大于0.5。

表2 29個Y-STR基因座的等位基因頻率（n=2000）

續表2

表2 29個Y-STR基因座的基因多樣性（n=2000）

2000名個體樣本使用本方法共檢出1981種單倍型，其中19種單倍型出現2次。Y染色體單倍型多樣性與個體識別能力、非父排除率數值相同[3]，而單倍型多樣性值越接近1，家系鑒別能力越強。本方法調查2000名個體的單倍型多樣性值為0.999 990 495，說明具有很強的家系鑒別能力，對案件鑒定、Y-STR數據庫建設、遺傳關系的研究有重要意義。與本研究中單獨采用Yfiler試劑盒相比較，Yfiler試劑盒檢出1950種單倍型，其中50種單倍型出現2次，單倍型多樣性值為0.999974987，本方法的家系鑒別能力明顯增強。

綜上，本研究建立的29個Y-STR基因座的復合擴增體系與其他方法相比具有較大的兼容性、更高的單倍型多樣性，在法醫學應用、遺傳學研究中有較大的應用潛力。

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Establishing a 29 Y-STR Loci Multiplex PCR System

WANG Xin-jie1,LUO Li-jing1,HUANG Lei2,XU Xin1
（1.Weifang Public Security Bureau,Weifang 261061,China;2.Shandong Province Public Security Department,Jinan 250001,China）

Objective To establish a 29 Y-STR loci multiplex PCR system for investigating the genetic polymorphisms and to assess its application value in forensic science.Methods A multiplex PCR system was established using a five color fluorescence labeling 29 Y-STR loci（DYS456,DYS389Ⅰ,DYS437, DYS447,DYS389Ⅱ,DYS438,DYS522,DYS460,DYS458,DYS622,DYS390,DYS392,DYS448,DYS449, DYS391,Y-GATA-H4,DYS388,DYS19,DYS385a/b,DYS527a/b,DYS393,DYS459a/b,DYS635,DYS439, DYS570 and DYS627）for multiple amplification and capillary electrophoresis.And its applicability was validated with genetic polymorphism data of 29 Y-STR of unrelated 2 000 male samples in Shandong Han population.Results A total of 1 981 different haplotypes of 2000 individuals showed genotype diversity between 0.3700 and 0.9654.The system provided stable and accurate typing with high sensitivity of 0.05 ng.It satisfied the needs of variety of routine biological samples.Conclusion The 29 Y-STR loci multiplex PCR system could be applied for actual cases and establishment of Y-STR database.In addition,it has great significance in forensic science practices and related research.

forensic genetics;polymorphism,genetic;Y Chromosome;short tandem repeat sequences

DF795.2

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2015.06.011

1004-5619（2015）06-0456-06

2014-09-24）

（本文編輯：李成濤）（

2015-08-25）

王新杰（1973—），男，副主任法醫師，主要從事法醫物證學檢驗；E-mail：wfxjfy@aliyun.com