親子鑒定案件中21 個STR基因座的突變分析

周冰燚 徐珊珊 顧 恒 李銘臻 鄭立新

廣東省計劃生育科學技術研究所國家衛生健康委員會男性生殖與遺傳重點實驗室，廣東廣州 510600

短串聯重復序列（short tandem repeats，STR）是一類微衛星DNA，其核心序列的重復單位一般為2～7 bp，重復10～70 次。由于其多態性高，個體識別能力強，STR 分型結果準確可靠、檢測靈敏和可重復性好，故在法醫學親子鑒定、個體識別及遺傳病連鎖分析等方面應用廣泛[1-3]。STR 基因座突變率是評估遺傳標記穩定性和親子鑒定可靠性的指標，不同基因座的突變率不同。STR 遺傳標記發生突變，表現為可能的親屬之間顯著的遺傳不一致性，可能導致錯誤的否定親權關系，增加錯判風險。因此，案件鑒定中在計算累積親權指數時需考慮突變問題[4]。本研究應用人類STRtyper-21G 擴增熒光檢測體系對本中心2016 年1 月—2019 年12 月的587 例親子鑒定案例的檢測結果進行統計分析，評價其在親子鑒定中的應用價值，并探討了STR基因座的突變現象、突變率及突變特征等。

1 材料與方法

1.1 材料

收集2016 年1 月—2019 年12 月587 例親子鑒定案例的1628 份樣本，均來自廣東省計劃生育專科醫院法醫物證鑒定中心的日常工作檢案。檢材包括血痕和帶毛囊的毛發。

1.2 檢測方法

案件樣本采用Chelex-100 法提取基因組DNA，用人類STRtyper-21G 擴增熒光檢測試劑盒（寧波海爾施基因科技有限公司）擴增體系擴增后在ABI3500平臺上應用GeneMapperID-X1.3 軟件進行STR 分型，該體系共檢測20 個常染色體基因座（D3S1358、TH01、D21S11、D18S51、Penta E、D5S818、D13S317、D7S820、D16S539、CSF1PO、Penta D、vWA、D8S1179、TPOX、FGA、D19S433、D12S391、D6S1043、D2S1338、D1S1656及1個性別基因座Amelogenin）。

1.3 統計學方法

案例根據親權鑒定技術規范（GB-T 37223-2018）計算親權指數（PI）和累積親權指數（CPI）。本研究采用Excel 軟件對突變基因座的數量、突變來源、突變步數及重復單位的增加或減少進行統計分析，根據直接計數法得出相應STR 基因座突變率，計算公式：STR 基因座的突變率=突變STR 基因座例數/（雙親案例數×2+單親案例數）。

2 結果

2.1 鑒定案例排除情況

587 例親子鑒定案件中排除30 例，占5.11%，包括11 例三聯體和19 例二聯體，均為多基因座排除，且都在3 個基因座以上。各基因座作為排除基因座的概率見表1。本文應用的STR 檢測體系中只有D21S11 位點未在排除基因座內。

表1 各基因座作為排除基因座的概率（n=30）

2.2 鑒定案例認定情況及STR 基因座突變分析

587 例親子鑒定案件中認定557 例，占94.89%，其中三聯體（母-子-父）443 例，二聯體（父-子或母-子）114 例，共1000 次減數分裂。STR 基因座突變情況分析見表2。其中19 例案件觀察到在20 個常染色體基因座中的13 個位點發生20 次突變，以vWA 和D12S391 位點突變率最高（0.0003），在7 個位點（TH01、D13S317、CSF1PO、Penta D、TPOX、FGA 和D2S1338）中沒有發生突變。一步突變19 次，表現為10 次減少1 個重復單位，8 次增加1 個重復單位，1 次不確定增加或者減少1 個重復單位；兩步突變1 次，表現為減少2 個重復單位。本研究統計16 次突變來源于父系，2 次突變來源于母系，2 次突變不能確定來源于母系或者父系；父源突變與母源突變的比例為8∶1。

表2 21 個STR 基因座突變情況統計分析（n=557）

3 討論

本研究采用人類STRtyper-21G 擴增熒光檢測體系進行檢測，587 例親子鑒定案例中認定557 例（94.89%），且認定案例的CPI 指數均大于10 000，提示該系統的結果能夠達到認定要求；排除30 例（5.11%），提示該21 個STR 基因座具有較高的非父排除能力。本研究案例只檢測STR 分型，提供基因座長度和數量的變化情況，特殊案例或復雜親緣關系鑒定可補充檢測STR 位點及借助測序等手段以保證鑒定結果的準確性[5]。

STR 基因座具有高度多態性和高度突變性[5-6]。目前多數學者認為STR 基因座突變的機制是復制滑脫或復制滑鏈錯配，突變按照逐步突變模式發生，多步突變是通過逐步突變形成的，步數越多，發生突變的機會就越小，且重復的長度和結構以及位點的大小會影響位點的突變率[8-11]。同一位點的不同等位基因由于其重復性不同，突變率可能不同[12]。大量研究報道了許多中國人群中不同STR 基因座的突變率，超過90%的親代與子代間單步突變情況是增加或者減少一個重復單位，兩個或者更多重復單位改變較少見[13-19]。本研究統計分析發現19 例突變案例發生20 次等位基因突變，其中19 次一步突變，占95%；1 次兩步突變，僅占5%；一步突變率明顯高于二步突變，這與文獻報道一致[20]。STR 基因座的突變率會對違反遺傳規律案件中親權指數的計算產生較大影響，親子鑒定選用的遺傳標記的突變率應低于0.2%[21]。本研究檢測的vWA 和D12S391 位點突變率最高，均為0.03%。這與以前的研究有一致性[11,22-23]。突變的方向既可以是重復核心的擴增，也可以是壓縮。研究報道中國漢族突變方向擴增與壓縮比例為1.26∶1[17]。本研究結果顯示，突變方向擴增與壓縮比例為1∶1.375（8/11），可能是由于本研究檢測的案例數量不足，觀察的突變次數較少的緣故。

STR 基因座突變存在性別差異，通常男性突變發生概率高于女性。本研究結果顯示，突變來源有明顯性別差異，父源突變與母源突變的比例為8:1，這與文獻報道一致[12,24]。突變率與細胞分裂次數密切相關，DNA 復制次數越多，滑動錯配的機會越大，男性精子細胞分化經歷的細胞分裂次數比卵細胞多10 倍，且精子染色體中堿基替換的積累也較卵細胞快2 倍[12,25]，故男性STR 突變率更高。