20723例亲子鉴定中19个STR基因座的突变分析

毕洁，畅晶晶，李妙霞，余纯应

（1.北京明正司法鉴定中心，北京 100191；2.公安部物证鉴定中心，北京 110000）

20723例亲子鉴定中19个STR基因座的突变分析

毕洁1，畅晶晶2，李妙霞1，余纯应1

（1.北京明正司法鉴定中心，北京 100191；2.公安部物证鉴定中心，北京 110000）

目的观察并分析肯定亲权关系的案件，探索STR基因座的突变规律。方法采用Goldeneye 20A试剂盒对20723例肯定亲权关系的案件筛选等位基因突变事件，统计各基因座的突变率和突变等位基因的来源、片段大小、突变步数及重复单位的增加或减少情况，分析突变相关因素的特点。结果19个STR基因座共发现548例突变，观察到557个突变事件，基因座的突变率为0.07‰～2.23‰。父系突变与母系突变的比例为3.06∶1。突变以一步突变为主，增加与减少重复单位的情况相当；二步以上（含二步）突变更易出现重复单位减少。突变主要发生于中等位基因，重复单位增减比例相当，长等位基因突变中重复单位减少显著多于增加。父系突变出现重复单位增加与减少的比例相当，母系突变重复单位减少较增加多见。结论各基因座的突变率差异具有统计学意义，当出现1～2个基因座不符合遗传规律时，应当加测其他检测系统，并结合突变基因座的信息计算PI值，以进一步明确鉴定意见。

法医遗传学；亲子关系；短串联重复序列；DNA突变分析

短串联重复序列（STR）基因座是目前最常用的亲权鉴定遗传标记，具有多态性高、个体识别能力强、非父排除概率高、突变率高等特点[1]。其中，STR发生突变可能使亲权鉴定面临错判的风险，因而有必要对STR基因座的突变规律与特点有所认识。本研究通过大量样本检测，对目前常用的Goldeneye 20A检测系统中观察到的突变规律及特点进行分析。

1 材料与方法

1.1 样本

本中心日常检案中肯定亲权的案件20 723例，均为北方汉族人群，样本类型有血斑、口腔拭子、带毛囊的毛发、羊水、精斑、组织等。

1.2 DNA提取和STR分型

采用Chelex-100法提取样本DNA，经Goldeneye 20A试剂盒［基点认知技术（北京）有限公司］扩增，扩增体系和扩增条件按试剂盒说明书进行。扩增产物在3130xl型基因分析仪（美国Thermo Fisher公司）上进行电泳，采用GeneMapper®ID-X软件进行基因分型。

1.3 突变等位基因的确定

从有下述特点的案例中识别突变的等位基因：19个STR基因座中检出1～2个不符合孟德尔遗传定律的基因座，增加检测STRtyper-10G试剂盒[2]（珠海科登生物技术有限公司），未再出现新的不符合遗传规律的基因座，且累积亲权指数（CPI）大于 10000；出现新的不符合遗传规律的基因座，增加检测Goldeneye 22NC试剂盒［基点认知技术（北京）有限公司］，若被检子代为女性，对被检父母与女孩再增加检测Goldeneye 17X试剂盒［基点认知技术（北京）有限公司］，若被检子代为男性，对被检父与男孩增加检验Yfiler Plus试剂盒（美国Thermo Fisher公司），未再出现不符合遗传规律的基因座，且CPI值大于10000。在满足上述条件下，对于不符合孟德尔遗传规律的基因座，视为突变基因座，并判断突变的来源。对于亲代和子代均为纯合子的突变基因座，换用其他试剂盒（如Globalfiler系统）进行复核，以排除无效基因并验证分型。

参照文献[3-5]将每个基因座等位基因按片段大小（取决于重复次数的多少）从小到大排列，排列在前面25%的判断为短等位基因，中间50%判断为中等位基因，后面25%判断为长等位基因。

1.4 统计学分析

对突变基因座的数量、突变来源、突变步数、突变等位基因的片段大小及重复单位的增加或减少进行统计，通过直接计数法得到突变基因座的突变率；分析突变来源、突变步数、突变等位基因片段大小在整体突变事件中所占比例，并通过SPSS 19.0软件进行统计，分析上述突变相关因素之间的关系，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 一般资料

20723例肯定亲子关系的案例中，三联体7957例，父子二联体7463例，母子二联体5303例，共观察到28680次减数分裂。548例案例发生了557次突变，其中539例存在单个基因座的父源性或母源性突变，2例父源性和母源性同时突变（D18S51：父14/15，子16/23，母20/ 22；D13S317：父11/14，子10/15，母11/12），7例存在2个基因座的父源性或母源性突变。

2.2 突变率和突变来源

19个STR基因座的突变情况见表1。其中Penta E基因座的突变率最高，TPOX基因座最低，19个STR基因座的平均突变率为1.02‰。19个基因座的突变率经χ2检验，χ2=206.793，P＜0.05，提示各基因座的突变率之间差异具有统计学意义。

表1 19个基因座在20723例肯定亲子关系案例（28680次减数分裂）中发生突变的次数和突变率（N=28680）

548例突变案例中，三联体为311例（319次突变），父子二联体为188例（189次突变），母子二联体为49例（49次突变）。311例三联体中来自父系的突变205次，来自母系突变67次，47次不能确定突变来源（表2）。父系突变与母系突变的比例为3.06∶1。

2.3 突变步数及重复单位增减分析

557次突变事件中，545次（97.84%）为一步突变，7次（1.26%）为二步突变，5次（0.90%）为三步突变。

突变表现为重复单位增加的有213次，重复单位减少的有232次，不能明确重复单位增减的有112次（表3）。经χ2检验，χ2=4.810，P＜0.05，提示一步突变与二步及以上突变中出现重复单位增加和减少的情况之间差异具有统计学意义，一步突变中重复单位增加和减少的次数相当，二步及以上突变中重复单位减少的次数明显多于增加的次数。

表2 三联体突变来源观察（次）

表3 突变步数与重复单位的增减（次）

2.4 突变等位基因片段大小及其与重复单位增减的关系

发生在短等位基因的突变有9次，中等位基因464次，长等位基因56次，无法明确等位基因长度的28次。各类等位基因突变增加或减少重复单位的情况见表4。中、长等位基因突变出现重复单位增加与减少经χ2检验，χ2=19.076，P＜0.05，即中、长等位基因突变出现重复单位增减的差异具有统计学意义。因发生在短等位基因上的突变次数较少，故没有纳入此次统计。

2.5 突变来源与重复单位增减的关系

三联体中，来自父系突变205次，90个等位基因表现为重复单位的增加，89个等位基因表现为重复单位的减少，26个等位基因不能确定重复单位的增减；来自母系突变67次，17个等位基因表现为重复单位的增加，42个等位基因表现为重复单位的减少，8个等位基因不能确定重复单位的增减（表5）。经χ2检验，χ2=8.324，P＜0.05，提示父源突变与母源突变中出现重复单位增加和减少的情况差异具有统计学意义，父源突变中重复单位增加和减少的次数相当，母源突变中重复单位减少的次数明显多于增加的次数。

表4 突变等位基因片段大小与重复单位增减的关系（次）

表5 突变来源与重复单位增减的关系（次）

3 讨论

3.1 突变率

本研究观察到19个STR基因座的突变率在0.07‰～2.23‰，除Penta E、FGA、D12S391基因座外，其余16个基因座的突变率均小于2‰，各基因座的突变率之间差异具有统计学意义，所以在使用突变率大于2‰的基因座进行亲权鉴定时，应注意突变的问题。19个STR基因座的平均突变率为1.02‰，低于目前常用的平均突变率2‰[6]，结合各基因座的突变率计算PI值更为科学[4]。

重复单位数目多的基因座长度较长，其多态性一般较高，突变率也较高[1，7]。吴薇薇等[8]对中国28个省/区汉族人群41个STR基因座多态性数据分析显示，Penta E的多态性最高（DP值0.9873，H值0.9140），TPOX的多态性最低（DP值0.5577，H值0.6141），本研究观察到的突变率最高和最低的基因座与其一致。

3.2 突变来源分析

STR基因座的突变与性别有关，一般的规律是父方基因突变比母方多见。分析原因是男性精子细胞分化经历的细胞分裂次数比卵细胞多10倍，其次是精子染色体中碱基替换的累积比卵细胞快2倍[9]。本研究观察三联体的突变为311例（319次突变），父系突变与母系突变的比例为3.06∶1，与文献[7，9-11]报道的父系突变率是母系突变率3.5倍的结论相接近。但是本研究父系突变与母系突变的比例是联合应用19个STR基因座检测得出的，就单个基因座而言，父系突变与母系突变的比例差异很大（表2）。

3.3 突变机制

STR基因座的突变是DNA复制滑动的结果，即在DNA合成过程中，聚合酶会从模板上脱离，新合成的DNA链也与模板链发生暂时分离，并可能发生链的滑动，再次互补结合时形成错配的突出环，从而使新合成的DNA链增加或减少一个或多个重复单位，即一步突变或几步突变。90%以上STR基因座的突变均为增加或减少一个重复单位，即一步突变[1，9]。

本研究观察到一步突变占比97.84%，与大多数研究[4，7，10]结果一致，余2.16%为二步以上（含二步）突变。

3.4 突变步数、等位基因片段大小的突变率、突变来源与重复单位增减的分析

一步突变与二步以上（含二步）突变中，出现重复单位增减的情况差异具有统计学意义。一步突变中，出现重复单位增加和减少的数目相当；二步以上（含二步）突变中，重复单位减少的数目明显多于增加的数目。

关于无法明确突变等位基因片段大小的情形，突变前的两个等位基因距突变成的新等位基因步数相同、结构相似，无法判断突变等位基因来源；且能发生突变的两个等位基因分别归属于不同长度，例如父、子、母在CSF1PO基因座的分型分别为12/14、13/13和10/13，分析孩子的13由父亲的12或14突变来，而按照短中长等位基因的划分，12属于中等位基因，14属于长等位基因，由于12和14距离突变后的13来说，步数相同，结构相似，都有可能是发生突变的等位基因，因此该类突变被定为无法明确等位基因长度。

突变主要发生于中等位基因，约占突变总数的83.30%（464/557），且重复序列增加与减少接近，这与文献[4，12]的研究结果相似。短等位基因及长等位基因的突变率较低，长等位基因突变减少明显多于增加，与多数研究[4，13]一致。

不同来源的突变出现重复单位增加与减少的比例差异具有统计学意义。父系突变出现重复单位增加与减少的比例相当，母系突变中重复单位减少明显较增加多见。

综上，突变是导致亲代与子代不符合遗传规律的重要原因，随着检测的遗传标记越多，遇到突变的可能性也增加，因此有必要对STR基因座的突变规律及特点有所认识。本研究通过对20723例肯定亲权关系的案件中观察到的突变情况进行统计，分析了突变相关因素之间的关系以供参考。对于出现1～2个基因座不符合遗传规律的情形，应当加测其他检测系统，并结合突变基因座的信息计算PI值，以进一步明确鉴定意见。

[1]吕德坚，陆惠玲.亲子鉴定STR突变的考虑[J].中国司法鉴定，2009，（4）：43-45.

[2]张艳萍，王琳，王毅，等.STRtyper-10F/G联合CODIS系统鉴定突变三联体和二联体[J].中国法医学杂志，2012，27（6）：445-447.

[3]陈玲，刘超，邱平明，等.STRtyper-10G系统9个STR基因座突变分析[J].中国法医学杂志，2014，29（5）：420-423.

[4]邱平明，陈玲，余嘉欣，等.法医学常用15个STR基因座的突变分析[J].分子诊断与治疗杂志，2016，8（4）：222-226.

[5]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.

[6]帅莉，汪军，景强，等.1 483例亲子鉴定STR基因座突变的分析[J].法医学杂志，2014，30（1）：44-46.

[7]穆豪放，徐达，刘滨，等.227例疑似常染色体STR基因座突变的回顾分析[J].法医学杂志，2013，29（3）：196-198.

[8]吴薇薇，刘冰，郝宏蕾，等.中国28个省/区汉族人群41个STR基因座多态性数据分析[J].中国法医学杂志，2016，31（1）：27-32.

[9]侯一平.法医物证学[M].第4版.北京：人民卫生出版社，2016：182.

[10]李海霞，马晓燕，张晋湘，等.24个常用STR基因座的突变观察与分析[J].中山大学学报（医学科学版），2010，31（1）：13-16.

[11]刘素娟，李成涛，陈文静，等.常染色体STR突变率的研究[J].中山大学学报（医学科学版），2013，34（3）：326-330.

[12]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.

[13]Lu D，Liu Q，Wu W，et al.Mutation analysis of 24 short tandem repeats in Chinese Han population[J]. Int J Legal Med，2012，126（2）：331-335.

Mutation Analysis of 19 STR Loci in 20723 Cases of Paternity Testing

BI Jie1,CHANG Jing-jing2,LI Miao-xia1,YU Chun-ying1
（1.Beijing Mingzheng Forensic Identification Center,Beijing 100191,China;2.Institute of Forensic Science,Ministry of Public Security,PRC,Beijing 110000,China）

ObjectiveTo observe and analyze the confirmed cases of paternity testing,and to explore the mutation rules of STR loci.MethodsThe mutant STR loci were screened from 20 723 confirmed cases of paternity testing by Goldeneye 20A system．The mutation rates,and the sources,fragment length, steps and increased or decreased repeat sequences of mutant alleles were counted for the analysis of the characteristics of mutation-related factors.ResultsA total of 548 mutations were found on 19 STR loci, and 557 mutation events were observed.The loci mutation rate was 0.07‰-2.23‰.The ratio of paternal to maternal mutant events was 3.06:1.One step mutation was the main mutation,and the number of the increased repeat sequences was almost the same as the decreased repeat sequences.The repeat sequences were more likely to decrease in two steps mutation and above.Mutation mainly occurred in the medium allele,and the number of the increased repeat sequences was almost the same as the decreased repeat sequences.In long allele mutations,the decreased repeat sequences were significantly more than the increased repeat sequences.The number of the increased repeat sequences was almost the same as the decreased repeat sequences in paternal mutation,while the decreased repeat sequences were more than the increased in maternal mutation.ConclusionThere are significant differences in the mutation rate of each locus.When one or two loci do not conform to the genetic law,other detection system should be added,and PI value should be calculated combined with the information of the mutate STR loci in order to further clarify the identification opinions.

forensic genetics;parent-child relations;short tandem repeat;DNA mutational analysis

DF795.2

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.03.010

1004-5619（2017）03-0263-04

2016-11-14）

（本文编辑：张素华）

毕洁（1983—），女，主检法医师，主要从事法医物证学鉴定；E-mail：bijie0403＠163.com