亲子鉴定案件中21 个STR基因座的突变分析

周冰燚 徐珊珊 顾 恒 李铭臻 郑立新

广东省计划生育科学技术研究所国家卫生健康委员会男性生殖与遗传重点实验室，广东广州 510600

短串联重复序列（short tandem repeats，STR）是一类微卫星DNA，其核心序列的重复单位一般为2～7 bp，重复10～70 次。由于其多态性高，个体识别能力强，STR 分型结果准确可靠、检测灵敏和可重复性好，故在法医学亲子鉴定、个体识别及遗传病连锁分析等方面应用广泛[1-3]。STR 基因座突变率是评估遗传标记稳定性和亲子鉴定可靠性的指标，不同基因座的突变率不同。STR 遗传标记发生突变，表现为可能的亲属之间显著的遗传不一致性，可能导致错误的否定亲权关系，增加错判风险。因此，案件鉴定中在计算累积亲权指数时需考虑突变问题[4]。本研究应用人类STRtyper-21G 扩增荧光检测体系对本中心2016 年1 月—2019 年12 月的587 例亲子鉴定案例的检测结果进行统计分析，评价其在亲子鉴定中的应用价值，并探讨了STR基因座的突变现象、突变率及突变特征等。

1 材料与方法

1.1 材料

收集2016 年1 月—2019 年12 月587 例亲子鉴定案例的1628 份样本，均来自广东省计划生育专科医院法医物证鉴定中心的日常工作检案。检材包括血痕和带毛囊的毛发。

1.2 检测方法

案件样本采用Chelex-100 法提取基因组DNA，用人类STRtyper-21G 扩增荧光检测试剂盒（宁波海尔施基因科技有限公司）扩增体系扩增后在ABI3500平台上应用GeneMapperID-X1.3 软件进行STR 分型，该体系共检测20 个常染色体基因座（D3S1358、TH01、D21S11、D18S51、Penta E、D5S818、D13S317、D7S820、D16S539、CSF1PO、Penta D、vWA、D8S1179、TPOX、FGA、D19S433、D12S391、D6S1043、D2S1338、D1S1656及1个性别基因座Amelogenin）。

1.3 统计学方法

案例根据亲权鉴定技术规范（GB-T 37223-2018）计算亲权指数（PI）和累积亲权指数（CPI）。本研究采用Excel 软件对突变基因座的数量、突变来源、突变步数及重复单位的增加或减少进行统计分析，根据直接计数法得出相应STR 基因座突变率，计算公式：STR 基因座的突变率=突变STR 基因座例数/（双亲案例数×2+单亲案例数）。

2 结果

2.1 鉴定案例排除情况

587 例亲子鉴定案件中排除30 例，占5.11%，包括11 例三联体和19 例二联体，均为多基因座排除，且都在3 个基因座以上。各基因座作为排除基因座的概率见表1。本文应用的STR 检测体系中只有D21S11 位点未在排除基因座内。

表1 各基因座作为排除基因座的概率（n=30）

2.2 鉴定案例认定情况及STR 基因座突变分析

587 例亲子鉴定案件中认定557 例，占94.89%，其中三联体（母-子-父）443 例，二联体（父-子或母-子）114 例，共1000 次减数分裂。STR 基因座突变情况分析见表2。其中19 例案件观察到在20 个常染色体基因座中的13 个位点发生20 次突变，以vWA 和D12S391 位点突变率最高（0.0003），在7 个位点（TH01、D13S317、CSF1PO、Penta D、TPOX、FGA 和D2S1338）中没有发生突变。一步突变19 次，表现为10 次减少1 个重复单位，8 次增加1 个重复单位，1 次不确定增加或者减少1 个重复单位；两步突变1 次，表现为减少2 个重复单位。本研究统计16 次突变来源于父系，2 次突变来源于母系，2 次突变不能确定来源于母系或者父系；父源突变与母源突变的比例为8∶1。

表2 21 个STR 基因座突变情况统计分析（n=557）

3 讨论

本研究采用人类STRtyper-21G 扩增荧光检测体系进行检测，587 例亲子鉴定案例中认定557 例（94.89%），且认定案例的CPI 指数均大于10 000，提示该系统的结果能够达到认定要求；排除30 例（5.11%），提示该21 个STR 基因座具有较高的非父排除能力。本研究案例只检测STR 分型，提供基因座长度和数量的变化情况，特殊案例或复杂亲缘关系鉴定可补充检测STR 位点及借助测序等手段以保证鉴定结果的准确性[5]。

STR 基因座具有高度多态性和高度突变性[5-6]。目前多数学者认为STR 基因座突变的机制是复制滑脱或复制滑链错配，突变按照逐步突变模式发生，多步突变是通过逐步突变形成的，步数越多，发生突变的机会就越小，且重复的长度和结构以及位点的大小会影响位点的突变率[8-11]。同一位点的不同等位基因由于其重复性不同，突变率可能不同[12]。大量研究报道了许多中国人群中不同STR 基因座的突变率，超过90%的亲代与子代间单步突变情况是增加或者减少一个重复单位，两个或者更多重复单位改变较少见[13-19]。本研究统计分析发现19 例突变案例发生20 次等位基因突变，其中19 次一步突变，占95%；1 次两步突变，仅占5%；一步突变率明显高于二步突变，这与文献报道一致[20]。STR 基因座的突变率会对违反遗传规律案件中亲权指数的计算产生较大影响，亲子鉴定选用的遗传标记的突变率应低于0.2%[21]。本研究检测的vWA 和D12S391 位点突变率最高，均为0.03%。这与以前的研究有一致性[11,22-23]。突变的方向既可以是重复核心的扩增，也可以是压缩。研究报道中国汉族突变方向扩增与压缩比例为1.26∶1[17]。本研究结果显示，突变方向扩增与压缩比例为1∶1.375（8/11），可能是由于本研究检测的案例数量不足，观察的突变次数较少的缘故。

STR 基因座突变存在性别差异，通常男性突变发生概率高于女性。本研究结果显示，突变来源有明显性别差异，父源突变与母源突变的比例为8:1，这与文献报道一致[12,24]。突变率与细胞分裂次数密切相关，DNA 复制次数越多，滑动错配的机会越大，男性精子细胞分化经历的细胞分裂次数比卵细胞多10 倍，且精子染色体中碱基替换的积累也较卵细胞快2 倍[12,25]，故男性STR 突变率更高。