江蘇省漢族人群的23個Y-STR的遺傳多態性和群體遺傳學分析

王會品，張明明，陸天宇，王 珂，孫世珺，王慧君

(1.南方醫科大學法醫學院，廣州 510515；2.中山市人民醫院分子診斷中心，廣東中山 528403； 3.淮安市公安局，江蘇淮安 223001；4.啟東市公安局，江蘇南通 226000；5.南京市公安局 210000)

人類Y染色體屬于性染色體，其遺傳標記幾乎不發生回復突變，其序列結構特征能穩定地由父親傳給兒子，呈父系遺傳。因此，在法醫學個體識別、親子鑒定、混合斑中男性成分的檢測、種族起源、群體進化和民族遷移等方面都具有獨特的應用價值。在Y染色體各種標記中，短串聯重復序列(short tandem repeats，STRs)由于具有高多態性和高突變能力而被廣泛使用，且Y-STRs可進行多重擴增。目前為止，Y-STR單倍型參考數據庫(YHRD)已經獲得大規模的Y-STR數據，以便為法醫提供可靠的Y-STR單倍型頻率(https://yhrd.org)。在公安機關，Y-STR單倍型分析用于追蹤潛在家系中的男性嫌疑犯，通過相同或高度相似的Y-STR單倍型提供犯罪證據[1-2]。江蘇省位于人群流動較大的長三角區域，是中國23個省份中人群最密集的地區，其復雜的文化背景和極其密集的人群亟需最新的Y-DNA分型技術為法醫學親緣排查提供信息，分析江蘇漢族和世界各地其他人群的基因血緣關系。為了研究江蘇漢族人群Y-STR的生物地理分布，筆者通過PowerPlex?Y23系統對13個地級市916名男性進行分型，分析江蘇人群內部的分化，并與18個東亞人群對比。

1 資料與方法

1.1一般資料 共916名健康漢族男性在知情同意的情況下提供血液標本，其中常州207例、徐州147例、宿遷111例、無錫98例、連云港71例、鹽城62例、淮安55例、蘇州47例、南京41例、南通39例、鎮江17例、揚州14例、泰州7例。均來自江蘇漢族人群且為無關個體，至少三代居住在當地。采用Chelex-100法提取基因組DNA。

1.2方法

1.2.1STRs基因分型 試劑盒采用PowerPlex?Y23系統(美國Promega公司)。在美國Thermo Fisher Scientific公司9700型PCR擴增儀上進行多重PCR，在ABI3130XL DNA遺傳分析儀上對擴增產物進行毛細電泳檢測，并使用GeneMapperID-X軟件進行基因型分析。

1.2.2質量控制 本實驗室的Y-STR基因分型能力通過YHRD對于Y-STR單倍型質量檢測。本文群體登記號為YA004256(https://yhrd.org)。經YHRD修正后，在遺傳距離(RST)分析中去除了無效值、中間等位基因和基因拷貝數變異。根據國際法醫遺傳學會(ISFG)推薦、SCHNEIDER[3]提供的DNA多態性建議進行。

1.3統計學處理 使用Arlequin 3.0的直接計數法對Y-STR基因座等位基因頻率和單倍型進行統計后，根據Neis的方法計算基因多樣性(GD)[4]。計算法醫學參數：單倍型多樣性(HD)、識別能力(DC)和匹配概率(MP)。多拷貝基因座DYS385a/b常被用來分析組合單倍型。減去DYS389Ⅰ后，得到DYS389Ⅱ的等位基因。所計算的RST數值指小組內隨機選擇的等位基因相對于整個組的相似度，并使用YHRD推薦的多維標度圖和Mega 6.0對鄰接樹進行可視化。基于RST值矩陣，采用MASS程序包(https://cran.r-project.org/web/packages/MASS/index.html)繪制MDS插圖并獲取初始值。

2 結 果

2.1單倍型和法醫學參數 共發現912例不同的單倍型，包括908例(99.6%)單獨的單倍型和4例(0.4%)重復出現2次的單倍型。此外,在DYS448和DYS456中觀察到2個無效等位基因。另外，還發現3個微變異，即DYS458的16.1、DYS385的16.2、DYS448的19.2，都已在YHRD數據庫中獲得驗證。

等位基因數目最少為DYS437的5個，最多為DYS458的13個，而且在DYS385a/b觀察到76個不同的等位基因組合，除了DYS391、DYS438和DYS437，所有基因座的GD值都高于0.5。DYS385的GD值最高為0.960 7，因為該位點是由76個不同等位基因組成的多拷貝基因座(表1)；最低的位于DYS438為0.394 2，因為該基因座上等位基因10的等位基因頻率在所有基因座中最高，為0.753 3。

表1 江蘇漢族人群多拷貝DYS385位點單倍型的頻率分布及法醫學參數(n=916)

GD：基因雜合度

2.2連鎖不平衡分析 江蘇漢族23個Y-STR的連鎖不平衡分析見圖1。在253個成對比較中，233個顯示出連鎖不平衡(黑邊紅色區域)狀態，占92.1%。

圖1 江蘇漢族23個Y-STR的連鎖不平衡分析

2.3人群內差異 江蘇省10個地級市的成對RST遺傳距離和顯著性差異見表2。鎮江、揚州、泰州漢族人群因樣本量小，無法反映其地區綜合的遺傳背景特征而被排除。這10個地區之間幾乎沒有差異。遺傳距離最小的是徐州漢族與南通漢族(RST=0.000 0，P=0.144 1)，連云港漢族與南通漢族的遺傳距離最大(RST=0.029 2，P=0.045 1)。另外，徐州漢族和無錫漢族(RST=0.010 1，P=0.000 0)，鹽城漢族和無錫漢族(RST=0.015 3，P=0.036 0)，連云港漢族和無錫漢族(RST=0.012 8，P=0.036 0)，鹽城和南通漢族(RST=0.026 9，P=0.018 0)比較，差異均有統計學意義(P<0.05)。經Bonferroni校正，只有無錫漢族和徐州漢族之間仍有明顯差異(P=0.000 9)。江蘇10個地級市的最佳鄰接樹，見圖2。分枝長度之和(SBL)為0.015 663 28。鄰接樹中的10個江蘇漢族人群并不符合地理分布。這一系統的重建顯示了淮安和無錫漢族、南通和宿遷漢族之間的密切關系，南京與鹽城漢族聯系最緊密，其次是與連云港漢族、再次是與蘇州漢族。為進一步驗證，繪制多維標度圖，其初始值達到0.008 24，表明結構重建水平為完美(圖3)，受到認可。鹽城漢族和連云港漢族，南通漢族和無錫漢族之間的遺傳關系與鄰接樹類似。此外，無錫、蘇州、常州、南京漢族分散在多維標度圖中。

表2 江蘇省13個地級市多個漢族人群RST值遺傳距離矩陣

+：P<0.05；-：P>0.05；對稱軸上：對應的P值；對稱軸下：RST值；*：無數據

圖2 江蘇10個地級市的最佳鄰接樹

2.4人群外差異 分析江蘇漢族人群和其他18個東亞人群(北京漢族、成都漢族、群馬日本人、京族、茨城日本人、呂宋菲律賓人、菲律賓人、汕頭漢族、靜岡日本人、新加坡漢族、新加坡印度人、新加坡馬來西亞人、韓國人、南方漢族、東京日本人、傣族、宣威漢族、白族)的差異。江蘇漢族人群內部的數值均小于0.000 3(Bonferroni校正值的0.05/171)。江蘇漢族人群與其他18個人群的成對RST值大于江蘇漢族人群內部數值。江蘇漢族人群與茨城日本人(RST=0.034 1，P=0.000 0)、呂宋島菲律賓人(RST=0.009 5，P=0.000 0)、汕頭漢族(RST=0.090 6，P=0.000 0)、新加坡漢族(RST=0.041 0，P=0.000 0)、新加坡印度人(RST=0.113 6，P=0.000 0)、新加坡馬來西亞人(RST=0.079 9，P=0.000 0)和韓國人(RST=0.018 2，P=0.000 0)有明顯差異。剩下11個人群，包括4個中國漢族，與江蘇漢族人群的遺傳距離都很接近。與地理位置一致，新加坡印度與江蘇漢族的遺傳距離最大。

圖3 江蘇省10個地級市的多維標度圖

此外，繪制上述人群的鄰接樹(圖4)和多維標度圖(圖5)，并標注語言的親緣關系。19個東亞人群的分支長度測試結果(SBL=0.071 320 81)大于江蘇省13個市的結果。系統發育樹清楚表明，江蘇漢族和傣族來自同一個節點，其次是宣威漢族和北京漢族，都屬于漢藏語系。源自阿爾泰語系的5個人群(群馬日本人、靜岡日本人、韓國人、東京日本人和茨城縣日本人)相距較近，與含有江蘇漢族的那束相比，位于鄰接樹的另一側。

圖4 江蘇漢族和19個東亞人群的鄰接樹

圖5 江蘇漢族和19個東亞人群的多維標記圖

如圖5所示，多維標度圖的初始值為0.106 7，具有良好的可信度。江蘇漢族、北京漢族、成都漢族和新加坡漢族人群聚集在左下象限中。此外，江蘇漢族距群馬日本群體、靜岡日本群體和東京日本群體較遠，大致符合鄰接樹的結果。結構重建表明，江蘇漢族與北京漢族(北方漢族)的關系最密切。

3 討 論

在人類群體遺傳學中，遺傳距離是群體間遺傳差異和遺傳分化的重要指標。系統發生樹常用來描述某一群有機體發生或進化關系的拓撲結構，可直觀地描述人種或群體之間的進化關系。本研究對916名來自江蘇漢族無關個體的健康男性DNA樣品進行23個Y-STR基因分型。總共發現912例不同的單倍型，其中包括908例單獨的單倍型(99.6%)和4例重復出現2次的單倍型(0.4%)，表明PowerPlex?Y23系統中包含的23個Y-STR在江蘇漢族人群中具有高度多態性(HD=0.999 995 2)，法醫學應用也有極大的價值(DC=0.995 6，MP=0.001 1)。GD值最高為DYS385的0.960 7，最低值為DYS438的0.394 2。連鎖不平衡分析詳細地闡述了將這些標記物作為單倍型分析的必要性。與江蘇漢族人群相似，DYS438等位基因10的頻率在遼寧漢族、廣東漢族、湘南韓族和韓國的相同位點中也最高。然而，其根本原因尚不清楚，這種遺傳現象可能與群體遺傳學中的人群瓶頸有關，從而導致遺傳漂移[6]。同樣，這也可能是由始祖效應引起，從新成立的群體角度來看，后代的遺傳多樣性嚴重依賴于早期的大量移民[7]。因此，隨機化可能導致人群中最多數的等位基因不同。除去DYS385、DYS458的GD值最高，因其在單拷貝基因座中具有最多的等位基因。各種法醫學參數的分布表明，江蘇漢族人群遺傳多樣性較高。

徐州和無錫地理位置相距較遠，分別位于江蘇省最北部和最南部，這導致重大遺傳分化。來自蘇南的漢族人群與來自蘇北的漢族人群關系密切，這證明了江蘇漢族人群的同質性很高。多維標度圖的結果與鄰接樹重建結果一致。常州、連云港、南通漢族人群在第1、2維度上是3個異常值，可能原因是這3個地級市均位于江蘇省的邊緣地區，與鄰近省份的人群有頻繁的基因交換。將蘇南和蘇北漢族人群基因聯系起來，發現蘇南吸收了許多來自蘇北的流動人口。江蘇省10個地級市漢族人群的遺傳特征主要有兩個方面：(1)蘇南和蘇北漢族人口的顯著差異；(2)現代生活方式不斷影響蘇南各族人群的人群結構，另外從基因流動的角度，江蘇漢族人群頻繁的交互將其聯系到一起。

在人類起源的研究中，東亞地區一直是研究人類起源與遷徙過程中的一個重要節點。東亞人群中一系列的mtDNA研究顯示，東亞現代人群來源于一個共同的祖先群體。從亞洲有限數量群體的mtDNA多態的研究表明，東亞人群起源于同一祖先[8-11]。在東亞人群水平上，只有淮安漢族和南通漢族的人群數據和相應的遺傳背景此前被收集和分析過[12]，發現江蘇漢族人群與全國范圍內漢族群體的遺傳關系很近。綜合考慮考古學分析、Y染色體單核苷酸多態性、常染色體短串聯重復序列和常染色體單核苷酸多態性的分析，中國北方和南方漢族之間存有顯著差異[13]。考慮到江蘇省處于南北方的邊緣地帶，并且有復雜的歷史人群變動，江蘇漢族人群來自南方還是北方仍無定論。結合鄰接樹和多維標度圖，本研究對江蘇漢族內部和江蘇漢族與所引用18個東亞人群的成對RST遺傳距離和P值進行了分析，客觀地說明了江蘇漢族人群的遺傳背景。筆者第一次描繪了江蘇漢族人群的內在差異和遺傳特征。另外，就東亞層面而言，江蘇漢族人群主要來自北方漢族。

綜上所述，本研究通過分型916例個體23個Y-STR遺傳標記，豐富了江蘇漢族的法醫學分子數據庫，有利于推動對人群遺傳學和分子人類學的認識。本研究初步闡述了江蘇漢族人群的內部和人群間遺傳結構。為了更好地推斷江蘇漢族的起源和分布，筆者建議對不同遺傳標記進行更多的基因分型。本研究的局限性在于江蘇人群內部的樣本量不一致，可能對結構重建有一定影響。接下來，筆者將從江蘇漢族人群中選出更具代表性的樣本，以更全面、更科學地從法醫學角度解釋江蘇漢族遺傳背景與人群交互。

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