中國南方漢族群體27個Y

中國南方漢族群體27個Y-STR基因座的遺傳多態性及突變

研究

王瑛;張楚楚;李燃;彭珊;歐雪玲;童大躍;孫宏鈺

【摘 要】[目的]調查27個Y-STR基因座在中國南方漢族群體的遺傳多態性及突變

情況.[方法]采集885名中國南方漢族無關男性個體血樣和911對父子血樣,采用

Yfiler(R) Plus擴增體系對樣本進行擴增,并進行毛細管電泳檢測與分型,統計相關遺

傳多態性參數,觀察Y-STR基因座突變情況.[結果]885名無關男性個體中共觀察到

880種單倍型,其中875種單倍型為唯一單倍型,5種單倍型分別出現兩次.單倍型多

樣性(HD)為0.999 987 2,系統識別能力(DC)為0.994 350 3.27個Y-STR基因座

基因多態性(GD)在0.434 4 (DYS438) ～0.960 5 (DYS385a/b)之間.在911個父

子對共246 23次等位基因傳遞中共觀察到113次突變事件,其中108次突變事件

為一步突變,5次突變事件為二步突變.11個父子對觀察到2個基因座同時突變,1個

父子對發生3個基因座同時突變.平均突變率為4.6×10-3(95％CI:3.8×10-3～

5.5×10-3).[結論]Yfiler(R)Plus體系包含的27個Y-STR基因座在中國南方漢族群

體中具有高度遺傳多態性,對于法醫學實踐中個體識別、父系親緣關系鑒定等具有

重要意義.

【期刊名稱】《中山大學學報（醫學科學版）》

【年(卷),期】2015(036)005

【總頁數】7頁(P650-656)

【關鍵詞】短串聯重復序列(STR);Yfiler(R) Plus PCR擴增體系;遺傳多態性;突變

【作 者】王瑛;張楚楚;李燃;彭珊;歐雪玲;童大躍;孫宏鈺

【作者單位】中山大學中山醫學院法醫學系,廣東廣州510080;中山大學中山醫學

院法醫學系,廣東廣州510080;中山大學中山醫學院法醫學系,廣東廣州510080;中

山大學中山醫學院法醫學系,廣東廣州510080;中山大學中山醫學院法醫學系,廣東

廣州510080;中山大學中山醫學院法醫學系,廣東廣州510080;中山大學中山醫學

院法醫學系,廣東廣州510080

【正文語種】中 文

【中圖分類】Q987

Y-STR 具有男性特異、父系遺傳等特點，在父子傳遞過程中不發生重組，為單倍

型遺傳，在法醫檢驗實踐中具有重要的應用價值，例如性犯罪案件中混合斑男性成

分的個體識別、 父系親緣關系案件等［1］。為了達到更高的系統識別能力，近年

來越來越多的Y-STR 基因座被整合到試劑盒中，例如Yfiler Plus?檢測系統除了

包含法醫物證實踐中常用的17 個Y-STR 基因座（DYS389I、DYS635、

DYS389II、DYS458、DYS19、GATA-H4、DYS448、DYS391、DYS456、

DYS390、DYS438、DYS392、DYS437、DYS385a／b、DYS393 和DYS439）

外，新增了10 個Y-STR 基因座（DYS449、DYS576、DYS627、DYS518、

DYS570、DYF387S1、DYS460、DYS481 和DYS533），是目前商品化試劑盒

中包含Y-STR 基因座數目最多的檢測體系。本文擬采用該體系對中國南方漢族男

性個體進行多態性調查，同時觀察該體系在父子間等位基因傳遞的突變情況，為群

體學研究、法醫學實踐以及Y-STR 數據庫建設提供重要的基礎數據。

1 材料與方法

1．1 樣 本

根據知情同意原則采集中國南方地區（廣東、廣西、湖南、湖北、四川、云南、貴

州、海南、福建、重慶）漢族885 名無關男性個體靜脈血1 mL，滴于中性濾紙，

室溫晾干，制備為血痕。911 個父子對血痕樣本收集自中山大學法醫鑒定中心日

常檢案，所有父子對經過常染色體STR 分型已確定親子關系。

1．2 PCR 擴增

用Micro-punch 取樣器（直徑為1．2 mm）在濾紙血痕上取樣，直接加入

Yfiler?Plus PCR 體系（Applied Biosystems 公司，美國）擴增，10 μL 反應體

系包括4 μL 混合物、2 μL 引物以及4 μL PCR反應緩沖液。擴增條件為：初始變

性95 ℃1 min；94 ℃4 s，61 ℃1 min 30 個熱循環；末次延伸60 ℃22 min；

4 ℃ 保 存 。擴 增 反 應 在9700 型 擴 增 儀（Applied Biosystems 公司，美國）

上進行。

1．3 電泳檢測及基因分型

取1．0 μL 擴增產物，與0．3 μL 分子質量參照物LIZ600（Applied

Biosystems 公司，美國）和9．7 μL 去離子甲酰胺混合，97 ℃變性3 min，0 ℃

冰浴3 min。擴增產物在ABI 3500XL 型遺傳分析儀（Applied Biosystems 公司，

美國）上進行毛細管電泳分離檢測，使用GeneMapper ID-X v3．2 分析軟件

（Applied Biosystems 公司，美國）對照等位基因分型標準品（allelic ladder）

進行等位基因分型。

1．4 數據分析

各個基因座上的等位基因頻率（Pi）=第i 個等位基因的頻數／該基因座的等位基

因總數；基因多態性（gene diversity，GD） =［n （1-∑）］／（n-1），n 和

Pi 分別代表該基因座上等位基因總數和第i個等位基因的頻率；單倍型多態性

（haplotype diversity，HD）=［N （1-∑）］／ （N-1），其 中N和Pi 分別

表示樣本量和第i 種單倍型的頻率；系統識別能力 （discriminative capacity，

DC）=Ndiff／N，其中Ndiff 代表觀察到的單倍型種類數，N 代表樣本量［2］。

其中雙拷貝基因座DYS385a／b 和DYF387S1作為單倍型計算。基因座突變率

（μ）= 該基因座突變事件次數／該基因座等位基因傳遞次數。

2 結 果

2．1 27 個Y-STR 基因座在中國南方漢族的遺傳多態性

23 個單拷貝Y-STR 基因座的等位基因頻率及兩個雙拷貝基因座DYS385a／b 和

DYF387S1 的單倍型頻率分別見表1、表2 和表3。27 個Y-STR基因座中GD 值

最低為DYS438 （GD = 0．434 4），最高為DYS385a／b（GD = 0．960 5）。

在23 個單拷貝基因座中共檢測到212 個等位基因，各基因座分別檢出4～19 個

等位基因，等位基因頻率在0．001 1～0．707 3 之間。雙拷貝基因座DYS385a

／b共觀察到17 個等位基因，76 種單倍型；DYF387S1檢出13 個等位基因，

50 種單倍型。27 個Y-STR基因座共檢出880 種單倍型，其中875 種（99．4%）

單倍型為唯一單倍型，5 種單倍型分別出現2 次，HD 值為0．999 987 2，DC

值為0．994 350 3。

2．2 27 個Y-STR 基因座的突變情況

在911 個父子對共計24 623 次等位基因傳遞中共觀察到113 個突變事件，平均

突變率為4．6 ×10-3 （95%CI：3．8×10-3～5．5×10-3）。各基因座突變率

從高至低排列見表4。88 個父親對僅出現1個基因座突變，11 個父子對出現2 個

基因座同時突變，1 個父子對出現3 個基因座同時突變。108個突變事件為一步

突變，占95．6%；5 個突變事件為兩步突變，占4．4%。發生增加重復單位的

突變54 次，減少重復單位的突變59 次。

表1 23 個單拷貝Y-STR 基因座在中國南方漢族群體的等位基因頻率Table 1

Allele frequencies of 23 single-copy Y-STR loci in Southern Chine Han

population （n=885）Allele DYS 576 DYS 389I DYS 635 DYS 389II DYS 627

DYS 460 67891 0 11 12 13 13．3 14 14．1 15 15．1 16 16．2 17 17．2 18

18．2 19 19．2 20 21 22 22．2 23 24 25 26 27 28 29 29．2 30 30．2 31 32

33 34 35 36 36．2 37 37．2 38 38．2 39 39．2 40 40．2 41 42 43 44 45 GD

0．001 1 0．018 1 0．552 5 0．281 4 DYS 458 DYS 19 GATA_H4 DYS 448

DYS 391 0．001 1 DYS 456 0．001 1 0．001 1 0．324 3 0．433 9 0．214 7

0．022 6 0．002 3 0．013 5 0．091 4 0．191 9 0．343 1 0．222 3 0．111 7

0．022 6 0．002 3 0．141 2 0．006 8 0．001 1 0．111 9 0．272 3 0．309 6

0．154 8 0．092 7 0．039 5 0．014 7 0．002 3 0．001 1 0．019 2 0．055 4

0．362 7 0．282 5 0．201 1 0．071 2 0．006 8 0．001 1 0．002 3 0．001 1

0．015 8 0．003 4 0．098 3 0．001 1 0．135 6 0．184 2 0．218 1 0．215 8

0．001 1 0．089 3 0．024 9 0．004 5 0．004 5 0．775 4 0．595 9 0．784 0

0．740 5 0．835 9 0．005 6 0．021 5 0．004 5 0．161 6 0．001 1 0．160 5

0．227 1 0．224 9 0．001 1 0．126 6 0．053 1 0．006 8 0．005 6 0．001 1

0．040 7 0．002 3 0．070 1 0．285 9 0．575 1 0．059 9 0．035 0 0．698 3

0．255 4 0．009 0 0．001 1 0．002 3 0．001 1 0．018 1 0．221 5 0．457 6

0．215 8 0．062 1 0．001 1 0．005 6 0．001 1 0．001 1 0．003 4 0．015 8

0．324 3 0．003 4 0．291 5 0．002 3 0．279 1 0．067 8 0．009 0 0．002 3

0．151 4 0．574 0 0．150 3 0．090 4 0．011 3 0．001 1 0．660 7 0．827 5

0．690 2 0．579 6 0．727 8 0．446 4 0．617 1

續表1 23 個單拷貝Y-STR 基因座在中國南方漢族群體的等位基因頻率Table 1

Allele frequencies of 23 single-copy Y-STR loci in Southern Chine Han

population （n=885）Allele DYS 390 DYS 438 DYS 392 DYS 518 DYS 570

67891 0 11 12 13 13．3 14 14．1 15 15．1 16 16．2 17 17．2 18 18．2 19

19．2 20 21 22 22．2 23 24 25 26 27 28 29 29．2 30 30．2 31 32 33 34 35

36 36．2 37 37．2 38 38．2 39 39．2 40 40．2 41 42 43 44 45 GD 0．009 0

0．707 3 0．255 4 0．021 5 0．006 8 0．001 1 0．004 5 0．081 4 0．091 5

0．394 4 0．398 9 0．026 0 0．001 1 0．001 1 0．002 3 0．053 1 0．359 3

0．334 5 0．230 5 0．020 3 0．001 1 0．001 1 0．003 4 0．020 3 0．158 0

0．258 5 0．266 4 0．194 1 0．066 6 0．026 0 0．004 5 0．703 4 0．434 4

0．670 5 0．003 4 0．021 5 0．045 2 0．107 3 0．106 2 0．002 3 0．158 2

0．006 8 0．177 4 0．002 3 0．134 5 0．002 3 0．093 8 0．001 1 0．073 4

0．036 2 0．022 6 0．004 5 0．001 1 0．885 0 0．794 9 DYS 437 DYS 449

DYS 393 DYS 439 DYS 481 DYS 533 0．004 5 0．598 9 0．380 8 0．015 8

0．001 1 0．002 3 0．470 7 0．302 5 0．027 1 0．313 8 0．443 6 0．176 1

0．196 4 0．024 8 0．002 3 0．038 4 0．001 1 0．002 3 0．002 3 0．148 0

0．555 9 0．253 1 0．027 1 0．011 3 0．001 1 0．001 1 0．009 0 0．062 1

0．054 2 0．049 7 0．093 8 0．002 3 0．139 0 0．001 1 0．167 2 0．155 9

0．134 5 0．078 0 0．035 0 0．010 2 0．003 4 0．003 4 0．021 5 0．136 7

0．323 2 0．180 8 0．159 3 0．083 6 0．049 7 0．027 1 0．007 9 0．002 3

0．001 1 0．003 4 0．002 3 0．496 6 0．885 7 0．648 5 0．672 3 0．809 0

0．604 8

表2 DYS385a／b 在中國南方漢族群體的單倍型頻率Table 2 Haplotype

frequencies of DYS385a／b in Southern Chine Han population （n=885）

The underlined indicates multi-allelic pattern．Haplotype 9，19 10，12 10，

17 10，19 10，20 11，11 11，12 11，13 11，14 11，16 11，17 11，18 11，

19 f f f 0．001 1 0．002 3 0．003 4 0．001 1 0．001 1 0．016 9 0．031 6

0．005 6 0．003 4 0．013 6 0．009 0 0．013 6 0．012 4 Haplotype 11，20

11，21 12，12 12，12．2 12，13 12，13，20，21 12，14 12，15 12，16

12，17 12，18 12，19 12，20 0．005 6 0．001 1 0．020 3 0．001 1

0．019 2 0．001 1 0．011 3 0．002 3 0．032 8 0．027 1 0．041 8 0．042 9

0．022 6 Haplotype 12，21 12，22 12，23 13，13 13，14 13，14，18 13，

14，19，20 13，15 13，16 13，17 13，17，18 13，18 13，18，19 0．010

2 0．001 1 0．001 1 0．108 5 0．040 7 0．001 1 0．002 3 0．009 0 0．007

9 0．056 5 0．002 3 0．071 2 0．001 1 Haplotype 13，18，20 13，19 13，

20 13，21 13，22 13，23 14，14 14，15 14，16 14，17 14，18 14，19 14，

20 f f f 0．003 4 0．064 4 0．040 7 0．022 6 0．016 9 0．001 1 0．002 3

0．003 4 0．004 5 0．009 0 0．045 2 0．015 8 0．012 4 Haplotype 14，21

14，22 14，25 15，15 15，16 15，16，19 15，17 15，18 15，19 15，20

15，21 15，22 15，23 0．005 6 0．007 9 0．001 1 0．004 5 0．003 4

0．001 1 0．009 0 0．013 6 0．010 2 0．007 9 0．005 6 0．002 3 0．001 1

Haplotype 16，17 16，18 16，19 16，20 16，21 17，17 17，18 17，19 18，

18 19，19 19，22 0．003 4 0．002 3 0．003 4 0．002 3 0．002 3 0．003 4

0．004 5 0．001 1 0．002 3 0．001 1 0．001 1 GD=0．9605

表3 DYF387S1 在中國南方漢族群體的單倍型頻率Table 3 Haplotype

frequencies of DYF387S1 in Southern Chine Han population （n=885）

The underlined indicates multi-allelic pattern．Haplotype 32，38 33，33

33，38 33，39 33，40 34，34 34，35 34，37 34，38 f f f 0．002 3 0．001

1 0．001 1 0．001 1 0．002 3 0．005 6 0．001 1 0．005 6 0．007 9

Haplotype 34，39 34，40 35，35 35，36 35，36，38 35，37 35，37，38

35，38 35，39 0．007 9 0．002 3 0．001 1 0．004 5 0．001 1 0．032 8

0．001 1 0．082 5 0．054 2 Haplotype 35，40 35，41 35，42 36，36 36，

37 36，38 36，38，39 36，39 36，40 0．028 2 0．003 4 0．002 3 0．036

2 0．061 0 0．068 9 0．002 3 0．066 7 0．042 9 Haplotype 36，41 36，42

37，37 37．3，37．3 37，38 37，38，39 37，39 37，40 37，40，41 f f

Haplotype 39，40，41 39，41 40，40 40，41 41，41 f 0．019 2 0．001 1

0．046 3 0．007 9 0．070 1 0．001 1 0．068 9 0．027 1 0．001 1

Haplotype 37，41 37，42 38，38 38，38．1 38，39 38，40 38，41 39，39

39，40 0．006 8 0．001 1 0．065 5 0．001 1 0．041 8 0．039 5 0．007 9

0．022 6 0．013 6 0．002 3 0．004 5 0．016 9 0．004 5 0．001 1

GD=0．951 4

除DYS392、DYS438 和DYS393 外，其余基因座均檢見突變。突變率最高的基

因座是DYS576，為17．5×10-3（95%CI：10．1×10-3～28．3×10-3），

DYS389I、GATA-H4 和DYS448 均只檢出一次突變，突變率較低，為1．1×10-

3（95%CI：0～6．1×10-3）。

3 討 論

本 研 究 結 果 顯 示 ，除DYS437、DYS391 和DYS438 基因座外，其余24 個基

因座 （88．9%）的GD 值均大于0．5，而Yfiler?Plus 體系中新增的10 個基

因座其GD 值均大于0．6，為高多態性遺傳標記，表明這些新增基因座適用于中

國南方漢族群體。僅分析17 個常用Y-STR 基因座時，共觀察到851 種單倍型，

其中823 種（92．3%）單倍型為唯一單倍型，26 種單倍型出現2 次，1 種單倍

型出現3 次，1 種單倍型出現7 次，HD 值為0．999 872 2，DC 值為0．961

581 9。新增10 個基因座后，其HD值升至0．999 987 2，DC 值升至0．994

350 3，說明該體系新增10 個Y-STR 基因座后系統效能顯著提高，對于法醫學個

體識別具有重要的意義。

表4 27 個Y-STR 基因座在中國南方漢族群體的突變率Table 4 Mutation rates

of 27 Y-STR loci in Southern Chine Han populationY-STR Locus DYS576

DYS518 DYS627 DYS458 DYS570 DYS449 DYS460 DYS390 DYS481 DYS635

DYS456 DYF387S1 DYS385a／b DYS389II DYS391 DYS533 DYS19 DYS437

DYS439 DYS389I GATA_H4 DYS448 DYS438 DYS392 DYS393 Total Number

of allele transfers 912 911 911 911 912 911 911 911 911 911 911 1830

1836 911 911 911 911 911 912 911 911 911 911 911 912 24 623 Number

of mutations 16 12 10 Number of singlerepeat mutations 16 12 Number of

multirepeat mutations 7665554487333222111000 8 7 4 655 5 4 4 8 7 2 3

32 2 2 1 1 1 0 0 0 113 108 Number of gains Number of loss 0 0 20 2 0 0

0 00 0 00 1 0 0 0 000 00 0 0 0 5 88 2 422 2 1 4 0 4 5 522 1 1 0 1 0 0 0 000

54 84834434140005 9 Mutation rates／10-3 17．5 13．2

11．3 7．7 6．6 6．6 5．5 5．5 5．5 4．4 4．4 4．4 3．8 3．3 3．3 3．3

2．2 2．2 2．2 1．1 1．1 1．1 0．0 0．0 0．0 4．6 Binomial 95%CI／10-3

10．1-28．3 6．8-22．9 5．4-20．7 3．1-15．8 2．4-14．3 2．4-14．3

1．8-12．8 1．8-12．8 1．8-12．8 1．2-11．2 1．2-11．2 1．9-8．6 1．5-

7．8 0．7-9．6 0．7-9．6 0．7-9．6 0．3-7．9 0．3-7．9 0．3-7．9 0-

6．1 0-6．1 0-6．1 0-4．0 0-4．0 0-4．0 3．8-5．5

本研究中DYS385a／b 和DYF387S1 均為雙拷貝基因座，即采用一對引物在Y 染

色體序列中能結合兩個區域，因此能擴增出兩個等位基因片段，且無法區分片段來

源，通常視作單倍型看待［3］。單拷貝Y-STR 基因座一般只得到一個擴增片段，

雙拷貝Y-STR 基因座得到兩個擴增片段，但本研究在DYS570、DYS576、

DYS393 和DYS439 等4 個單拷貝Y-STR 基因座分別檢出1 例二等位基因模式

（duo-allelic pattern）分型，DYS385a／b 和DYF387S1則分別檢出8 例三等

位基因模式 （tri-allelic pattern），DYS385a／b 檢 出3 例 四 等 位 基 因 模 式

（tetra-allelic pattern）。多等位基因模式的產生機制尚不清楚，本研究發現的

23 例多等位基因分型中，有19 例均出現只相差一個核心重復序列的兩個等位基

因，推測可能是等位基因在個體發育過程中發生了一步滑動錯配，產生了新的等位

基因［4-5］。

本研究中在911 個父子對中共檢見100 個父子對出現Y-STR 突變現象，父親和兒

子出現差異單倍型，家系突變發生率為11．0%。觀察到的113個突變事件中

108 個為一步突變模式，占95．6%，符合逐步突變學說［6］。等位基因重復單

位增加與減少的次數之比為1∶1．09，顯示Y-STR 突變方向無明顯偏倚性。本文

中27 個Y-STR 基因座的平均突變率為4．6 × 10-3 （95%CI：3．8 × 10-3～

5．5 ×10-3），比文獻報道的17 個Y-STR 基因座突變率相對要高，例如Weng

等［7］報道的中國南方漢族群體平均突變率為2．3 × 10-3，Ge 等［8］在德克

薩斯州的三個群體中觀察到的平均突變率為2．1 × 10-3，Laouina 等［9］發現

在摩洛哥人群中平均突變率為3．5 × 10-3；這一結果與Yfiler?Plus 體系中新增

的10 個Y-STR 基因座中包含7 個快速突變基因座（DYS449、DYS576、

DYS627、DYS518、DYS570 和DYF387S1） 有 關 。Ballantyne 等 ［10］把

突 變 率 高 于1．0 × 10-2 的Y-STR 基因座稱為快速突變基因座（rapid

mutating Y-STR，RM Y-STR），本 文 中 有DYS576、DYS518 和DYS627 等

3 個基因座的突變率大于1．0×10-2，DYS458、DYS570、DYS449、DYS460、

DYS390 和DYS481 等6 個基因座的突變率大于0．5×10-2，均顯示較高的突變

率。在父系親緣關系鑒定案件中采用突變率較高的Y-STR 分型時，下排除的結論

需要慎重，如本文發現1 例同時發生三個Y-STR 基因座突變的案例。另一方面Y-

STR基因座突變使得父子單倍型出現差異，同一父系男性個體產生不同的單倍型，

為區分同一父系不同男性個體提供了可能性，這一用途有待于在法醫實踐中繼續探

索。

參考文獻

【相關文獻】

［1］Kayr M，Kittler R，Erler A，et al．A comprehensive survey of human Y-

chromosomal microsatellites［J］．Am J Hum Genet，2004，74（6）：1183-1197．

［2］Coble MD，Hill CR，Butler JM．Haplotype data for 23 Y-chromosome markers in

four U．S．population groups［J］．Forensic Sci Int Genet，2013，7（3）：e66-e68．

［3］Decker AE，Kline MC，Vallone PM，et al．The impact of additional Y -STR loci on

resolving common haplotypes and cloly related individuals［J］．Forensic Sci Int Genet，

2007，1（2）：215-217．

［4］Clayton TM，Guest JL，Urquhart AJ，et al．A genetic basis for anomalous band

patterns encountered during DNA STR profiling［J］．J Forensic Sci，2004，49（6）：

1207-1214．

［5］Rolf B，Wiegand P，Brinkmann B．Somatic mutations at STR loci：a reason for

three-allele pattern and mosaicism［J］．Forensic Sci Int，2002，126（3）：200-202．

［6］Kurihara R，Yamamoto T，Uchihi R，et al．Mutations in 14 Y-STR loci among

Japane father-son haplotypes［J］．Int J Legal Med，2004，118（3）：125-131．

［7］Weng W，Liu H，Li S，et al．Mutation rates at 16 Y-chromosome STRs in the South

China Han population［J］．Int J Legal Med，2013，127（2）：369-372．

［8］Ge J，Budowle B，Aranda XG，et al．Mutation rates at Y chromosome short

tandem repeats in Texas populations［J］．Forensic Sci Int Genet，2009，3（3）：179-

184．

［9］Laouina A，Nadifi S，Boulouiz R，et al．Mutation rate at 17 Y-STR loci in ＂Father／

Son＂ pairs from moroccan population［J］．Leg Med （Tokyo），2013，15（5）：269-

271．

［10］Ballantyne KN，Keerl V，Wollstein A，et al．A new future of forensic Y -

chromosome analysis：rapidly mutating Y-STRs for differentiating male relatives and

paternal lineages［J］．Forensic Sci Int Genet，2012，6（2）：208-218．