中国深圳地区12个X染色体短串联重复序列基因座的遗传多态性：一项家系调查分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.25.021

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (25): 4062-4067.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.25.021

• 干细胞基础实验 basic experiments of stem cells • 上一篇下一篇

中国深圳地区12个X染色体短串联重复序列基因座的遗传多态性：一项家系调查分析

李桢¹，李雪梅¹，邹红岩¹，程良红²

¹深圳市血液中心输血医学研究所，广东省深圳市 518035；²广东南天司法鉴定所中心实验室，广东省深圳市 518045

修回日期:2017-06-24 出版日期:2017-09-08 发布日期:2017-10-09
通讯作者: 程良红，硕士，主任技师。广东南天司法鉴定所中心实验室，广东省深圳市 518045
作者简介:李桢，女，1969年生，北京市人，汉族，1993年兰州医学院毕业，主任技师，主要从事法医物证和免疫遗传方面的研究。并列第一作者：李雪梅，女，1974年生，吉林省人，汉族，1997年吉林医学院毕业，副主任技师。
基金资助:
深圳市科技计划项目(201302152)

Genetic polymorphism of 12 short tandem repeat on chromosome X loci in Shenzhen, China: a pedigree investigation

Li Zhen¹, Li Xue-mei¹, Zou Hong-yan¹, Cheng Liang-hong²

¹Institute of Transfusion Medicine, Shenzhen Blood Center, Shenzhen 518035, Guangdong Province, China; ²Central Laboratory of Guangdong Nantian Judicial Appraisal Institute, Shenzhen 518045, Guangdong Province, China

Revised:2017-06-24 Online:2017-09-08 Published:2017-10-09
Contact: Cheng Liang-hong, Master, Chief technologist, Central Laboratory of Guangdong Nantian Judicial Appraisal Institute, Shenzhen 518045, Guangdong Province, China
About author:Li Zhen, Chief technologist, Institute of Transfusion Medicine, Shenzhen Blood Center, Shenzhen 518035, Guangdong Province, China Li Xue-mei, Associate chief technologist, Institute of Transfusion Medicine, Shenzhen Blood Center, Shenzhen 518035, Guangdong Province, China Li Zhen and Li Xue-mei contributed equally to this work.
Supported by:
the Science and Technology Project of Shenzhen City, No. 201302152

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
遗传标记个体识别的系统效能：即遗传标记识别没有血缘关系个体的能力，可用个体识别力定量评价。个体识别力指从群体中随机抽取2名无关个体，其遗传标记表型不相同的概率。对某一遗传标记而言，多态性程度越高，其识别无关个体的能力就越强。提高系统的个体识别能力可以通过增加检测的遗传标记数目来实现，从而获得累积个体识别力。
X染色体短串联重复序列：具有特殊的遗传规律，在亲属关系鉴定中可作为常染色体和Y染色体的有效补充。

摘要
背景：X染色体短串联重复序列(short tandem repeat on chromosome X，X-STR)具有特殊的遗传规律，使其在法医物证鉴定中表现出常染色体遗传标记无法比拟的优点。但其群体遗传学研究数据远比不上常染色体STR，尤其是单倍型遗传数据的报道在国内外均很少见。
目的：通过家系分析，研究深圳地区12个X染色体STR基因座的遗传多态性，为X-STR在法医学、遗传学的应用提供科学有效的数据。
方法：常规Chelex-100法提取118个家系的血样DNA，使用Investigator Argus X-12试剂盒进行PCR扩增。用直接计数法和Excel软件统计231个无关个体的等位基因频率，并用卡方检验对女性样本的12个X-STR基因座进行Hardy-Weinberg平衡检验，根据公式计算个体识别力和平均排除率。采用家系分析确定女性样本的单倍型，用直接计数法和Excel软件计算111位父亲和119位母亲的4个连锁群的单倍型频率。
结果与结论：①基因多态性分析：DXS10135基因座的多态性最高，检出了21个等位基因；DXS7423基因座多态性最差，仅有4个等位基因；男性累积个体识别力DPm为0.999 999 99；女性累积个体识别力DPf为0.999 999 99；累积三联体平均排除率MECtrio为0.999 999 99；累积二联体平均排除率MECduo为0.999 998 11；②单倍型分析：试验获得了349个单倍型。连锁群X1-X4中分别有238，139，153和157个不同的单倍型；③结果说明，X-12检测系统在中国深圳地区具有较高的遗传多态性，在法医学个体识别及亲权鉴定中具有重要的应用价值。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程
ORCID:0000-0003-0567-0495(程良红)

关键词: 干细胞, 组织工程, X染色体, 短串联重复序列, 单倍型, 等位基因频率, 个体识别力, 平均排除率, 家系分析, 多态性, 连锁群, 法医学

Abstract:

BACKGROUND: The special genetic law of short tandem repeat on chromosome X (X-STR) makes it incomparable with autosome markers in forensic identification. However, the population genetics data is far less than that of the autosome STR, and especially the haplotype data are rarely reported.
OBJECTIVE: To study the genetic polymorphism of 12 X-STR loci in Shenzhen area by pedigree analysis, aiming to provide scientific and effective data for the application of X-STR in forensic medicine and genetics.
METHODS: The blood samples of 118 families were taken to extract DNA by Chelex-100, followed by PCR amplification using Investigator Argus X-12 kit. The frequency of alleles of 231 unrelated individuals was counted by direct counting method and Excel software. Hardy-Weinberg equilibrium test was performed on 12 X-STR loci of female samples by chi-square test. Discrimination power and mean exclusion chance were calculated according to the formula. Pedigree analysis was done to identify haplotypes of female samples and the haplotype frequencies of 4 linkage groups in 111 fathers and 119 mothers were calculated using direct counting method and Excel software.
RESULTS AND CONCLUSION: In this study, 349 haplotypes were obtained. There were 238, 139, 153 and 157 haplotypes in linkage groups X1-X4, respectively. The polymorphism of DXS10135 locus was the highest with 21 alleles, while the polymorphism of DXS7423 locus was the worst with only 4 alleles. The combined discrimination power was 0.99999999 in males and 0.99999999 in females. The combined mean exclusion chance was 0.99999999 in trio cases, and 0.99999811 in duo cases. These findings indicate that the X-12 detection system has high polymorphism in Shenzhen Han population, and has important application value in forensic individual identification and paternity testing.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

Key words: Tissue Engineering, X Chromosome, Polymorphism, Single Nucleotide, Genetic Linkage, Gene Frequency, Haploidy

中图分类号:

R394.2

李桢，李雪梅，邹红岩，程良红. 中国深圳地区12个X染色体短串联重复序列基因座的遗传多态性：一项家系调查分析[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(25): 4062-4067.

Li Zhen, Li Xue-mei, Zou Hong-yan, Cheng Liang-hong. Genetic polymorphism of 12 short tandem repeat on chromosome X loci in Shenzhen, China: a pedigree investigation[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(25): 4062-4067.

图/表（结果） 2

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引言

材料方法

1.1 设计 遗传多态性，家系调查分析。

1.2 时间及地点 于2014年3月至2016年12月在深圳市血液中心输血医学研究所完成。

1.3 对象 试验纳入118个汉族家系来源于深圳市血液中心亲子鉴定案例，于近2年案例中选出所有3孩以上多子女家系15个；3代家系1个；1孩家系96个，2孩家系6个为随机抽取。用于等位基因频率统计的111位无关男性个体为各家系的父亲，120位无关女性个体为各家系的119位母亲以及1位排除亲权关系的女儿。用于单倍型频率统计的为111位父亲和119位母亲。试验经深圳市血液中心伦理委员会批准。

1.4 方法

1.4.1 DNA提取 常规Chelex-100(美国Sigma，lot SLBG4989V)法从0.5 mol/L EDTA(Leagene，lot0915A15)抗凝的全血中提取DNA^[16]。

1.4.2 X-STR分型 依据Investigator Argus X-12试剂盒(德国QIAGEN公司，lot151036988)说明书对PCR反应体系进行了优化。12.5 μL反应体系：2.5 μL反应混合物A(包括dNTP Mix，MgCl₂，BSA)，1.25 μL引物，0.3 μL Taq2，5.45 μL ddH₂O，3 μL DNA。使用9700 PCR扩增仪(美国Gene Company Limited)，PCR反应条件依据试剂盒说明书。PCR产物通过ABI3130XL型测序仪电泳(3130xl Genetic Analyzer，美国Applied Biosystems)分析，生成的数据文件用GeneMapper ID-X 1.4软件分析(Applied Biosystems)，用DNA XX28和9947A校正等位基因ladder。

1.5 主要观察指标 单倍型频率、等位基因频率^[7-11]、个体识别力^[7-11]、及平均排除率^[7-11]。

1.6 统计学分析 采用直接计数法和Excel软件统计231个无关个体的等位基因频率(基因座上某种等位基因的检出个数/该基因座所有等位基因的总数)，并用卡方检验对女性样本的12个X-STR基因座进行Hardy-Weinberg平衡检验，检验水准设为0.05。根据公式计算男性和女性的个体识别力(DPm、DPf)、三联体和二联体平均排除率(MECtrio、MECduo)，其公式如下(样本总体的DP公式同DPf)：

通过家系调查确定女性样本的单倍型。有父亲参与的家系，首先通过比对子女的父源单倍体，再将子女的母源单倍体与母亲的单倍体进行比较，从而确定4个连锁区域的单倍型。没有父亲参与的家系，首先挑选儿子的X-STR单倍体与母亲进行比较，从而确定母亲的两条完整X-STR单倍体。如果都是女儿，则通过比较女儿的X-STR基因型，将相同X-STR单倍体作为父源性X-STR单倍体；再任选其中一位女儿的母源性X-STR单倍体作为完整单倍体从而确定母亲的两条单倍体。如果都是儿子，则任选1位儿子的单倍体与母亲的单倍体进行比较以确定母亲的两条单倍体，再与其他子女比对。用直接计数法和Excel软件计算4个连锁群的单倍型频率(连锁群上某种单倍型的检出个数/该连锁群所有单倍型的总数)。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

讨论

X染色体具有特殊的遗传规律，在法医物证鉴定中具有常染色体遗传标记无法比拟的优点。男性只有1条X染色体，来源于母亲，只能传递给女儿，这使X-STR在同父异母姐妹以及奶奶-孙女的亲缘关系鉴定中具有重要价值^[3^，^5]。此外，在叔侄、姑侄的亲缘鉴定，嵌合体以及混合班的鉴定中X-STR也能提供重要的信息^[1^，^4]。

基因频率是亲权概率计算所必需的最基本的数据。由于X-STR与常染色体STR一样，群体遗传漂移较多见^[6]，因而不同人群的等位基因分布可能会不尽相同，某一人群的等位基因分布频率需要大量数据的累积。X-STR基因座的等位基因在同一群体中男性和女性间的分布一般没有明显的差异，因而可以合并男女的数据进行总群体等位基因频率的统计^[26]。试验调查结果显示，在深圳汉族人群中DXS10135基因座的多态性最高，检出了21个等位基因；DXS7423基因座多态性最差，仅检测到4个等位基因，这与文献[7-10]的报道相一致。试验还检测到了 17个Off-Ladder等位基因，其中位于DXS10103基因座的等位基因13，DXS10101基因座的等位基因35.2，HPRTB基因座的等位基因12.2以及DXS10146基因座的等位基因36.2在国内外未见报道^{[7-11，17-25]}。这4个等位基因在此次研究中的频率均较低，虽在国外或国内的少数民族人群中未出现，但在其它汉族人群的研究报道中也未发现，故还不能确定其人群分布情况，需大量群体调查数据的累积。X-STR基因座的等位基因在同一群体中男性和女性间的分布一般没有明显的差异，因而可以合并男女的数据进行总群体等位基因频率的统计^[26]。试验调查结果中DXS10134基因座的2个Off-Ladder等位基因37.3和39，其频率均为0.031 3，这与以往文献报道的华东、广东汉族人群这两个等位基因的频率相近^[7-8]。但在印度人群中等位基因37.3的频率为0.003 8，等位基因39的频率为0.002 3^[21]，显示出明显的种族差异。

由于X染色体特殊的遗传方式，当同时并用多个X-STR基因座时，必须考虑连锁的可能性。可以依据基因座之间的物理距离、群体调查的连锁不平衡分析以及人类基因组单倍型图(HapMap)来估计基因座间的连锁关系程度和连锁不平衡状态^[12-14^，^27-29]。也有学者认为通过家系调查和单倍型分析来研究连锁和连锁不平衡更科学、准确^[15]。近期还有文献报道使用公式模型来估计单倍型频率^[30]。试验使用的Investigator Argus X-12试剂盒由4个连锁群的12基因座组成：X1连锁群包括DXS10148，DXS10135和DXS8378；X2连锁群包括DXS7132，DXS10079和DXS10074；X3连锁群包括DXS10103，HPRTB和DXS10101；X4连锁群包括DXS10146，DXS10134和DXS7423。通过对118个家系的调查分析，试验获得了4个连锁群的单倍型频率。连锁群X1-X4中分别有238，139，153，157个不同的单倍型，连锁群X1的独特单倍型比率最高，这与文献[22]报道的埃及人群相似，未见关于汉族人群单倍型频率的报道。

X染色体的特殊遗传方式也决定了其法医学的统计方式与常染色体不同。当计算亲权排除率和个体识别力时，要根据男女性别分别计算^[26-27]。试验观察的深圳地区231位无关个体的12个X-STR基因座的男性个体识别力DPm为0.547 7-0.924 8，累积值为0.999 999 99；女性个体识别力DPf为0.707 2-0.988 4，累积值为0.999 999 99；三联体平均排除率MECtrio为0.453 6-0.919 7，累积值为0.999 999 99；二联体平均排除率MEC_duo为0.316 2- 0.856 2，累积值为0.999 998 11，这说明Investigator Argus X-12检测系统在深圳汉族人群具有很高的多态性，在法医学个体识别及亲权鉴定中具有重要的应用价值。

虽然目前对X-STR的研究还比不上常染色体STR，但随着近几年X-STR基因座的开发，已有几十个基因座有了群体遗传学数据^[17-25，31]。中国除了汉族以外，几个重要的少数民族如维吾尔族、藏族、彝族、畲族及锡伯族等都有了相关的研究数据^[17-20]。再加上其独特的遗传特征，使X-STR受到越来越多的关注和重视，其在法医学、遗传学、X染色体相关疾病等方面的研究和应用将会越来越广泛^[32]。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

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Genetic polymorphism of 12 short tandem repeat on chromosome X loci in Shenzhen, China: a pedigree investigation

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