法医学杂志

法医学杂志, 2022, 38(4): 500-506 DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2021.511103

技术与应用

新疆维吾尔族人群16个X-STR基因座的遗传多态性

袁春艳,1,2, 夏若成2, 张素华2, 陈丽琴1, 王亚丽1, 屈轶龄2,3, 杨光远1,2, 董新宇2,4, 柴思雨2,5, 李成涛,1,2, 陶瑞旸,2

1.内蒙古医科大学法医学教研室，内蒙古 呼和浩特 010030

2.司法鉴定科学研究院 上海市法医学重点实验室 司法部司法鉴定重点实验室 上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063

3.苏州大学基础医学与生物科学学院，江苏 苏州 215123

4.山西医科大学法医学院，山西 太原 030001

5.遵义医科大学基础医学院，贵州 遵义 563000

Genetic Polymorphism of 16 X-STR Loci in Xinjiang Uygur Population

YUAN Chun-yan,1,2, XIA Ruo-cheng2, ZHANG Su-hua2, CHEN Li-qin1, WANG Ya-li1, QU Yi-ling2,3, YANG Guang-yuan1,2, DONG Xin-yu2,4, CHAI Si-yu2,5, LI Cheng-tao,1,2, TAO Rui-yang,2

1.Department of Forensic Medicine, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, China

2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine, Key Laboratory of Forensic Science, Ministry of Justice, Shanghai Forensic Service Platform, Academy of Forensic Science, Shanghai 200063, China

3.School of Biology and Basic Medical Sciences, Soochow University, Suzhou 215123, Jiangsu Province, China

4.School of Forensic Medicine, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China

5.School of Preclinical Medicine of Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou Province, China

通讯作者: 李成涛，男，研究员，博士研究生导师，主要从事法医遗传学研究；E-mail：lichengtaohla@163.com陶瑞旸，女，助理研究员，主要从事法医遗传学研究；E-mail：taoruiyang163@163.com

编委: 刘希玲

收稿日期: 2021-11-02  

基金资助: 国家自然科学基金资助项目.  82072123
万人计划青年拔尖人才资助项目.  WRQB2019
上海市法医学重点实验室资助项目.  21DZ2270800
上海市司法鉴定专业技术服务平台资助项目.  19DZ2292700
司法部司法鉴定重点实验室资助项目

Received: 2021-11-02  

作者简介 About authors

袁春艳（1996—），女，蒙古族，硕士研究生，主要从事法医遗传学研究；E-mail：1599940368@qq.com

摘要

目的 研究新疆维吾尔族人群16个X-STR基因座的遗传多态性和群体遗传学参数。 方法 应用Goldeneye® DNA身份鉴定系统17X对502例（女性251例，男性251例）新疆维吾尔族无关个体进行16个X-STR基因座的复合扩增，应用3130xl基因分析仪对扩增产物进行检测，并统计等位基因频率及群体遗传学参数，计算维吾尔族与其他8个人群间的遗传距离，并根据遗传距离进行多维尺度分析以及系统发育树的构建。 结果 在502例新疆维吾尔族无关个体中，所检测的16个X-STR基因座共观察到67个等位基因，等位基因频率为0.001 3~0.572 4，PIC为0.568 8~0.855 3，女性CDP为0.999 999 999 999 999，男性CDP为0.999 999 999 743 071，三联体累积平均非父排除率为0.999 999 997 791 859，二联体累积平均非父排除率为0.999 998 989 000 730。维吾尔族人群与哈萨克族人群遗传距离较近，与汉族人群遗传距离较远。 结论 该16个X-STR基因座在维吾尔族人群中具有高度的多态性和较好的鉴别能力，可为该人群的法医学个体识别、亲权鉴定和群体遗传学研究提供有力的补充。

关键词： 法医遗传学 ; 多态现象，遗传 ; X染色体 ; 短串联重复序列 ; 遗传距离 ; 系统发育树 ; 维吾尔族 ; 新疆

Abstract

Objective To study the genetic polymorphism and population genetic parameters of 16 X-STR loci in Xinjiang Uygur population. Methods The Goldeneye® DNA identification system 17X was used to amplify 16 X-STR loci in 502 unrelated individuals （251 females and 251 males）. The amplified products were detected by 3130xl genetic analyzer. Allele frequencies and population genetic parameters were analyzed statistically. The genetic distances between Uygur and other 8 populations were calculated. Multidimensional scaling and phylogenetic tree were constructed based on genetic distance. Results In the 16 X-STR loci, a total of 67 alleles were detected in 502 Xinjiang Uygur unrelated individuals. The allele frequencies ranged from 0.001 3 to 0.572 4. PIC ranged from 0.568 8 to 0.855 3. The cumulative discrimination power in females and males were 0.999 999 999 999 999 and 0.999 999 999 743 071, respectively. The cumulative mean paternity exclusion chance in trios and in duos were 0.999 999 997 791 859 and 0.999 998 989 000 730, respectively. The genetic distance between Uygur population and Kazakh population was closer, and the genetic distance between Uygur and Han population was farther. Conclusion The 16 X-STR loci are highly polymorphic and suitable for identification in Uygur population, which can provide a powerful supplement for the study of individual identification, paternity identification and population genetics.

Keywords： forensic genetics ; polymorphism, genetic ; X chromosome ; short tandem repeat （STR） ; genetic distance ; phylogenetic tree ; Uygur ; Xinjiang

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本文引用格式

袁春艳, 夏若成, 张素华, 陈丽琴, 王亚丽, 屈轶龄, 杨光远, 董新宇, 柴思雨, 李成涛, 陶瑞旸. 新疆维吾尔族人群16个X-STR基因座的遗传多态性. 法医学杂志[J], 2022, 38(4): 500-506 DOI:10.12116/j.issn.1004-5619.2021.511103

YUAN Chun-yan, XIA Ruo-cheng, ZHANG Su-hua, CHEN Li-qin, WANG Ya-li, QU Yi-ling, YANG Guang-yuan, DONG Xin-yu, CHAI Si-yu, LI Cheng-tao, TAO Rui-yang. Genetic Polymorphism of 16 X-STR Loci in Xinjiang Uygur Population. Journal of Forensic Medicine[J], 2022, 38(4): 500-506 DOI:10.12116/j.issn.1004-5619.2021.511103

维吾尔族是我国一个古老的少数民族，民族语言为维吾尔语，属阿尔泰语系突厥语族[1]。维吾尔族人口主要分布在新疆喀什、和田、阿克苏、克孜勒苏柯尔克孜自治州等南疆四地州。根据历次全国人口普查数据显示，维吾尔族人口1953年为360.76万人，1964年为399.16万人，1982年为595.59万人，1990年为719.18万人，2000年为834.56万人，2010年为1 000.13万人，2020年为1 162.43万人[2]。人类X染色体是一个中等大小的亚中着丝粒染色体，长约153 Mb。男性的X染色体来自母亲，并以单倍型形式传递给子代中的女儿，因此，同父姐妹之间有相同的父源X染色体。女性的X染色体其中一条来自母亲，另一条来自父亲，两条X染色体在减数分裂时可以发生同源重组，随机地遗传给子代[3]。X染色体由于其特有的性连锁特征，在一些特殊案件和复杂亲缘关系鉴定中更具优势[4-8]：（1）个体识别案件中，无论是男性还是女性的生物检材，均可进行X-STR分型，提高基因分型的信息量；（2）父女关系（母亲缺失）的亲权鉴定中，如果争议父亲和女儿的X-STR分型结果不一致，可否定其父女关系（排除突变）；（3）姐妹关系（同父）的亲权鉴定中，若两者间无相同X-STR等位基因，可否定两者为同父所生（排除突变）；（4）在涉及乱伦的亲子鉴定中，如果争议父亲疑为生母的父亲（或生母的叔伯），可依据女儿与生母的父亲（或生母的叔伯间）是否有相同的X染色体等位基因进行分析；（5）隔代祖孙关系鉴定，X染色体以单倍型模式传递，即祖母-父亲-女儿，因此孙女有一半等位基因来自祖母（排除突变），如果争议祖母和孙女在多个独立的X-STR基因座上均不含有相同的等位基因，可否定其祖孙关系（排除突变）；（6）其他复杂亲缘关系鉴定，若父母和祖父母均缺失，根据X染色体遗传规律，同一家系的个体X-STR等位基因之间存在同源形式，因此可通过祖父母的子女进行姑-侄女、姨-外甥和舅-外甥等复杂关系的鉴定。本研究拟采用Goldeneye® DNA身份鉴定系统17X［基点认知技术（北京）有限公司］，对维吾尔族人群的X-STR遗传多态性进行研究，以进一步丰富维吾尔族人群的数据库。

1 材料与方法

1.1 样本

实验样本：本研究共采集502例（女性251例，男性251例）新疆维吾尔族无关个体的外周血样本，每例采集4 mL。所有研究对象在采样前均签署知情同意书，本研究已获得司法鉴定科学研究院伦理委员会批准。

数据样本：从文献中收集8个人群的等位基因频率数据，包括浙江畲族（296例）[9]、西藏藏族（245例）[10]、内蒙古蒙古族（168例）[10]、新疆哈萨克族（105例）[10]、上海汉族（591例）[11]、河南汉族（326例）[12]、云南白族（424例）[13]以及云南苗族（440例）[14]。

1.2 DNA提取与定量

每例取200 μL外周血，采用QIAamp DNA Blood Mini试剂盒（德国Qiagen公司）进行DNA提取，操作参照试剂盒说明书进行，使用Epoch微孔板分光光度计（美国BioTek公司）检测样品DNA浓度和纯度（D260 /D280 ）。本研究要求DNA样本D260 /D280 范围为1.8~2.0（根据QIAamp DNA Blood Mini试剂盒说明书），所有样本均达到要求。

1.3 PCR扩增

使用Goldeneye® DNA身份鉴定系统17X对DNA样本、阳性对照（9947A）以及阴性对照（ddH2O）在9700型PCR仪（美国Applied Biosystems公司）上进行扩增。PCR反应体系为10 μL，包括：4 μL去离子水，2 μL反应预混液，2 μL引物混合物，1 μL DNA模板，1 μL增强剂。扩增条件：95 ℃ 11 min；94 ℃ 30 s，60 ℃ 1 min，70 ℃ 1 min，30个循环；60 ℃ 30 min；15 ℃保存。

1.4 电泳与分型

PCR产物经3130xl基因分析仪（美国Thermo Fisher Scientific公司）电泳分离，原始数据使用Gene-MapperTMID v3.2.1软件（美国Thermo Fisher Scientific公司）进行等位基因分型。

1.5 统计分析

采用Modified-Powerstates软件[15]进行统计分析，获得维吾尔族女性的等位基因频率，并运用直接计数法计算维吾尔族男性的等位基因频率。利用Arlequin v3.5.2软件[16]对男性群体和女性群体之间各基因座的等位基因频率分布差异进行Fisher精确检验，计算女性群体的Hardy-Weinberg平衡。同时，分别对男性群体和女性群体各个基因座进行连锁不平衡检验。使用ChrX-STR.org 2.0网站[17]（http://www.chrx-str.org）在线计算功能，统计分析各基因座的PIC，He，Ho，女性群体的个体识别率（discrimination power in female individuals，DPF），男性群体的个体识别率（discrimination power in male individuals，DPM），女性群体和男性群体的CDP，PEtrio，PEduo，累积三联体非父排除率（cumulative probability of exclusion of trios-testing，CPEtrio），累积二联体非父排除率（cumulative probabi-lity of exclusion of duo-testing，CPEduo）等群体遗传学参数。使用Phylip v3.698软件[18]计算维吾尔族人群与其他8个人群的Nei’s遗传距离，利用SPSS 26.0软件（美国IBM公司）[19]对遗传距离进行多维尺度（multidimensional scaling，MDS）分析，使用MEGA 7软件[20]按邻接法（neighbor-joining，NJ）构建系统发育树。

2 结 果

2.1 等位基因频率分布

对16个X-STR基因座在维吾尔族男性和女性群体中的等位基因频率分别进行计算，经Fisher精确检验，16个X-STR基因座的等位基因在男性和女性群体中的分布差异无统计学意义，故将男女性群体合并后进行等位基因频率计算，结果见表1。

表1   新疆维吾尔族人群16个X-STR基因座的等位基因频率分布

Tab. 1  Allele frequency distribution of 16 X-STR loci in Xinjiang Uygur population

DXS6795DXS9902DXS7132DXS10134GATA172D05
等位基因频率等位基因频率等位基因频率等位基因频率等位基因频率
90.142 170.004 0110.004 0290.001 360.099 6
100.098 390.030 5120.077 0310.001 370.001 3
110.358 6100.405 0130.273 6320.013 380.147 4
120.034 510.10.001 3140.361 232.20.001 390.061 1
130.337 3110.363 9150.224 4330.053 1100.406 4
140.023 911.10.008 0160.057 133.20.001 3110.203 2
150.002 711.20.002 7170.002 7340.098 3120.079 7
160.002 7120.175 3DXS680734.10.002 7130.001 3
DXS837812.10.004 0等位基因频率34.20.004 0DXS10159
等位基因频率130.001 39.30.001 334.30.002 7等位基因频率
90.026 613.10.002 7110.463 5350.167 3210.004 0
100.429 0140.001 3120.013 335.30.001 3220.025 2
110.326 7DXS7424130.042 5360.200 5230.059 8
120.189 9等位基因频率140.280 236.10.005 3240.256 3
130.023 9100.002 7150.170 036.30.006 6250.239 0
140.004 0110.022 6160.027 9370.195 2260.243 0
HPRTB120.019 9170.001 337.10.001 3270.128 8
等位基因频率130.098 3DXS680037.20.002 7280.034 5
8.30.001 3140.148 7等位基因频率37.30.025 2290.008 0
100.002 7150.236 4150.001 3380.096 930.20.001 3
110.077 0160.347 9160.572 438.10.004 0DXS6789
120.289 5170.104 9170.030 538.30.017 3等位基因频率
130.381 1180.010 6180.083 7390.035 9130.004 0
140.188 6190.008 0190.170 039.30.010 6140.005 3
150.057 1DXS6803200.012 0400.002 7150.096 9
160.001 3等位基因频率210.077 040.30.017 3160.128 8
170.001 390.002 7220.050 5410.001 3170.021 2
100.010 6230.002 741.30.015 9180.002 7
10.30.001 342.30.008 0190.041 2

（n=502）

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16个X-STR基因座在502例维吾尔族无关个体中共检出67个等位基因，等位基因频率为0.001 3~0.572 4。其中：DXS10134基因座等位基因数最多，为31个；DXS8378和DXS6810基因座等位基因数最少，为6个。

2.2 群体遗传学参数

使用ChrX-STR.org 2.0在线网站查找16个X-STR基因座在染色体上的物理位置，得到16个X-STR的物理距离范围为4.577~19.550 Mb。采用Arlequin v3.5.2软件对16个X-STR基因座在女性群体中的Hardy-Weinberg平衡进行检验，经Bonferroni校正后，各基因座均符合Hardy-Weinberg平衡（P>0.05/16）。故基于总体频率数据计算16个X-STR基因座的群体遗传学参数，结果见表2。经计算，女性群体和男性群体的CDP分别为0.999 999 999 999 999、0.999 999 999 743 071，CPEtrio为0.999 999 997 791 859，CPEduo为0.999 998 989 000 730。

表2   新疆维吾尔族人群16个X-STR基因座的群体遗传学参数

Tab. 2  Population genetic parameters of 16 X-STR loci in Xinjiang Uygur population （n=502）

GATA165B12DXS6803GATA31E08DXS10134DXS6789
等位基因频率等位基因频率等位基因频率等位基因频率等位基因频率
70.001 3110.197 970.115 543.30.004 0200.302 8
80.002 711.30.077 080.017 344.30.001 3210.229 7
90.276 2120.193 990.225 8DXS6810220.118 2
100.459 512.30.328 0100.273 6等位基因频率230.039 8
110.232 4130.057 1110.286 9160.015 9240.009 3
120.026 613.30.115 5120.075 7170.205 8
130.001 3140.005 3130.005 3180.506 0
14.30.010 6190.262 9
200.008 0
210.001 3

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2.3 9个人群间的遗传距离、MDS分析和系统发育树

根据维吾尔族与其他8个人群间的等位基因频率计算得到Nei’s遗传距离（表3），结果显示，新疆维吾尔族人群与新疆哈萨克族、西藏藏族、内蒙古蒙古族人群的遗传距离分别为0.017 6、0.029 4、0.034 8，与河南汉族、上海汉族的遗传距离分别为0.071 1、0.071 4。

表3   9个人群间的Nei’s遗传距离

Tab. 3  The Nei’s genetic distance between 9 populations

人群

新疆

维吾尔族

西藏

藏族

内蒙古

蒙古族

新疆

哈萨克族

浙江

畲族

云南

白族

云南

苗族

上海

汉族

河南

汉族

新疆维吾尔族---------
西藏藏族0.029 4--------
内蒙古蒙古族0.034 80.025 3-------
新疆哈萨克族0.017 60.032 00.028 4------
浙江畲族0.065 00.056 50.058 10.065 3-----
云南白族0.031 30.015 00.023 20.027 50.048 7----
云南苗族0.033 20.014 00.019 90.043 90.043 90.013 4---
上海汉族0.071 40.073 70.087 50.085 40.083 70.070 60.041 5--
河南汉族0.071 10.059 50.049 50.058 50.072 80.052 40.114 50.000 4-

注：“-”表示无数据。

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为进一步明确各人群间的遗传关系，进行MDS分析及系统发育树的构建，结果见图1~2。MDS分析图显示，新疆维吾尔族、西藏藏族、内蒙古蒙古族以及新疆哈萨克族人群聚集在一起，上海汉族和河南汉族人群聚集在一起，且新疆维吾尔族人群与两个汉族人群分布在不同象限。系统发育树显示，新疆维吾尔族与新疆哈萨克族人群聚类在一起，上海汉族和河南汉族人群聚类在一起。

图1

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图1   9个人群的MDS分析图

红色圆圈示遗传距离较近的人群。

Fig. 1   MDS analysis diagram of 9 populations


图2

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图2   9个人群间的系统发育树

Fig. 2   Phylogenetic tree of 9 populations


3 讨 论

本研究的16个X-STR基因座中，四核苷酸重复有14个（DXS9902、DXS8378、HPRTB、GATA165B12、DXS7132、DXS6807、DXS6803、GATA172D05、DXS6800、DXS10134、GATA31E08、DXS6810、DXS1015914、DXS6789），占87.5%；三核苷酸重复有2个（DXS6795、DXS7424），占12.5%。16个基因座均不在同一连锁群[21-22]，且16个X-STR的物理距离范围为4.577~19.550 Mb，在本研究人群中均显示独立遗传。通过遗传多态性研究发现，16个X-STR基因座在维吾尔族人群中均呈现高度多态性（PIC>0.5），CPEtrio和CPEduo分别为0.999 999 997 791 859、0.999 998 989 000 730，女性和男性群体中的CDP分别为0.999 999 999 999 999、0.999 999 999 743 071。结果表明，Goldeneye® DNA身份鉴定系统17X在维吾尔族人群中具有良好的多态性，其系统效能达到了法医DNA检验的要求，为法医学个体识别、疑难特殊亲权案件的鉴定提供了有效补充手段，在维吾尔族人群中具有较高的应用价值。

中国有56个民族，研究中国不同民族人群的遗传标记分布特点，不仅对全面了解各民族人群的遗传多态性和相互遗传关系有非常重要的意义，同时也为探讨人群的起源及迁徙路线提供了重要的科学依据。不同地区以及不同民族间的群体遗传学数据存在差异，研究X-STR在不同人群间的遗传学数据，可促进其在法医学实践中的应用。本研究选取了8个具有代表性的人群（6个少数民族人群、2个汉族人群），蒙古族、维吾尔族、藏族以及哈萨克族主要分布在我国西北地区，白族、苗族和畲族主要分布在我国西南地区，两个汉族人群则主要分布在我国中东地区。其中，蒙古族、藏族、哈萨克族与维吾尔族的地理位置分布较近，尤其是哈萨克族，与维吾尔族地理位置最近，均为分布在新疆地区的少数民族。浙江畲族、云南白族、云南苗族与新疆维吾尔族的地理位置分布较远，可形成鲜明对比，有助于加深对不同民族间遗传关系和遗传背景的理解。汉族人口广泛分布在全国各地，本研究仅选取两个地区的汉族人群为代表。将维吾尔族人群与其他8个不同地区人群进行比较，结果显示，新疆维吾尔族人群与新疆哈萨克族、西藏藏族和内蒙古蒙古族人群遗传距离较近，与两个汉族人群遗传距离较远。为进一步明确各人群间的遗传关系，本研究根据遗传距离进行了MDS分析以及系统发育树的构建。MDS分析图显示，新疆维吾尔族、新疆哈萨克族、西藏藏族以及内蒙古蒙古族人群聚集在图的左上象限，两个汉族人群聚集在图的左下象限。系统发育树显示，维吾尔族人群与其距离最近的哈萨克族人群聚类在一起，两个不同地区的汉族人群聚类在一起，云南白族和云南苗族人群聚类在一起，其他民族单独成支。遗传距离、MDS分析图以及系统发育树所反映的遗传关系与地域分布基本吻合，维吾尔族人群与几个地理位置分布近的少数民族具有较近的遗传关系，与汉族人群以及地理位置分布远的少数民族之间的遗传关系较远，这也间接表明地域隔离对不同民族人群遗传背景的影响，形成了各民族间独特的遗传差异。因此，获取不同地区、人群之间的基因频率数据十分必要。

综上所述，本研究通过对502例新疆维吾尔族无关个体16个X-STR基因座的遗传多态性进行调查，获得了该人群的等位基因分布频率以及PIC、CDP、PE等群体遗传学数据，并将其与不同地域、不同民族人群进行遗传关系比较分析，探索了X-STR在群体遗传学中的适用性。结果表明，Goldeneye® DNA身份鉴定系统17X包含的16个X-STR基因座在维吾尔族人群中具有高度的多态性和较好的鉴别能力，本研究为该人群的法医学个体识别、亲权鉴定和群体遗传学研究提供了数据支持。

参考文献

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