19个常染色体STR和27个Y染色体STR复合扩增体系的法医学应用
贾 菲，赵 斌，沈红缨，刘 锋*
（辽宁省公安厅，沈阳 110032）
摘 要： 目的 评价19个常染色体STR与27个Y染色体STR基因座以及Amelogenin（牙釉蛋白）基因座的复合扩增检测体系的法医学应用价值。方法 应用该复合扩增体系对辽宁地区810名汉族男性无关个体血样，以及35份不同类型的案件检材进行检测。结果 19个常染色体STR基因座共检出239种等位基因，927种基因型，其分布符合 Hardy-Weinberg 平衡定律（P ＞0.05）。累积个人识别率（TDP）为1-1.3967×10-23，累积三联体非父排除率（CPEtri ）为0.999 999 994，累积二联体非父排除率（CPEduo ）为0.999 992；27个Y-STR基因座在810名个体中共检测出810种单倍型，基因多样性（GD）在0.387 3～0.969 5之间；对35份不同类型案件检材均能准确分型。结论 该复合扩增检测体系中的46个STR基因座在辽宁地区汉族人群中有较好的分布，检测体系对案件检材具有良好的适应性，适用于法庭科学DNA数据库建设、男性家族数据库建设及实际检案。
关键词： 法医物证学；常染色体STR；Y-STR；辽宁汉族；法医学应用
常染色体STR在法庭科学个体识别方面应用效果显著，发挥着不可替代的作用，但其局限性在于，除父母和子女外，个体常染色体的其他亲缘关系信息的拓展性较差。而Y染色体STR的单倍型父系遗传特点可为法医学个体识别和亲权鉴定提供辅助手段，在诸如父系家族的亲权鉴定、混合斑男性成份的识别、不同男性个体混合物的分析以及犯罪嫌疑人的男性家系排查等方面具有独特的应用价值，故全国公安机关不仅开展违法犯罪人员DNA数据库建设，而且也进行男性家族排查系统数据库的建设。本研究建立了包含19个常染色体基因座（D19S433、D5S818、D21S11、D18S51、D6S1043、D3S1358、D13S317、D7S820、D16S539、CSF1PO、Penta D、vWA、D8S1179、TPOX、Penta E、TH01、D12S39、D2S1338和FGA）和27个Y染色体STR基 因 座（DYS19、DYS385、DYS389I、DYS389II、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393、DYS437、DYS438、DYS439、DYS448、DYS449、DYS456、DYS458、DYS460、DYS481、DYS518、DYS533、DYS570、DYS576、DYS635、DYS627、YGATAH4、DYF387S1。其中，DYS385和DYF387S1因有回文结构，呈现为两个峰，有a/b之分，故它们均按两个基因座计算）以及Amelogenin基因座的六色荧光标记复合PCR扩增检测体系（另文报道），本文将对该检测体系的法医学建库及检案的应用价值进行评价。
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1 材料和方法
1.1 样本
本实验室用于法庭科学DNA数据库建库的辽宁地区汉族无关男性个体血痕样本810份；本实验室已知分型的男性案件检材样本35份，包括5份血斑、5份精液/女性阴道液混合斑、5份汗液斑、5份肋软骨、5份骨骼、5份牙齿和5份毛发。均为本实验室2015年至今采集或检案积累。
1.2 方法
使用BSD600-Duet打孔机打取直径为1.2 mm血痕样本一片，置于96孔PCR反应板中；采用磁珠法提取骨骼、牙齿样本DNA，采用二步法提取混合斑样本的精子DNA，其他检材样本采用Chelex-100法提取DNA。按照已建立的检测体系的扩增、电泳及数据分型方法，对上述样本进行检测分析。采用Modified-PowerStats软件[1]对19个常染色体STR基因座数据进行遗传学统计分析，得到各基因座的等位基因频率（F）、杂合度（H）、匹配概率（Pm）、个体识别率（DP）和多态性信息含量（PIC）等参数值。按照公安部发布的《DNA鉴定文书规范》（公刑〔2018〕349号）中的公式计算三联体非父排除率（PEtri ）和二联体非父排除率（PEduo ），以及累积三联体非父排除率（CPEtri ）和累积二联体非父排除率（CPEduo ）。应用直接计数法计算27个Y染色体STR基因座的等位基因频率和单倍型频率，Y-STR的GD值即个体识别能力值（DP），也等于其非父排除概率（PE），利用下列公式计算，GD=n （1-∑Pi2）/(n -1)，其中n 为样本数，Pi为等位基因频率或单倍型频率[2]。
2 结果与讨论
810名辽宁汉族无关男性个体的19个常染色体STR基因座基因型观察值和期望值之间无显著差异，均符合 Hardy-Weinberg平衡定律（P ＞0.05）。各基因座等位基因频率在0.000 6～0.514 2之间，其中，除D3S1358、CSF1PO、TPOX、TH01等4个基因座外，其他15个基因座的H值均大于0.7，DP 值均大于0.9，PIC均大于0.7，属于高鉴别能力遗传标记[3]，同我们早期的调查结果一致[4]。本体系的TDP值为1-1.3967×10-23，CPEtri 值为 0.999 999 994，CPEduo 值为0.999 992。27个Y-STR基因座共检出810种单倍型，尚未发现相同单倍型。其中在单倍型中DYS385基因座检出最多的分型，为73种，DYF387S1基因座次之，为48种，其余基因座分别检出4～20种不等的单倍型。GD值最高的为DYS385基因座，为0.969 5，DYS391基因座GD值最低，为0.387 3。该复合扩增体系的Y-STR中有两个多拷贝基因座，即DYS385和DYF387S1，均为2拷贝，故正常情况下，每个男性样本可检出1～2个等位基因。通过对810名男性无关个体的检测，共发现5份样本出现异常多等位基因分型的情况，均为三等位基因分型，其中基因座DYS385出现1例，发生率为0.12%，基因座DYF387S1出现4例，发生率为0.49%，见图1a。有文献报道[5]，对检测发现的多于正常拷贝数的异常分型样本，通过以下3种方式进一步检验：1）重复检测，观察结果是否一致；2）若该样本的下一代为男性，则对其男性孩子进行检测，观察父子检测结果是否一致；3）测序。若经3种方式中任意两种方式得到验证，即可确定该基因座为基因异常分型。本文采用前两种方式进行了验证，对这些男性后代进行检测发现，其子代在各基因座上的分型结果均与父亲相同，也表现为异常三等位基因型，并经Yfiler Plus试剂盒（美国，ABI公司）检测验证，异常基因分型结果完全一致，见图1b。DYF387S1基因座属于快速突变Y-STR（Rapid-Mutating Y-STR，RM YSTR）[6]，突变率达10‰以上，具有高度多态性和高突变率的特点，因此出现异常多等位基因分型的频率也较高，与文献报道相一致[7]。
据报道，未分化的NSC可特异性表达巢蛋白，并且巢蛋白的表达随着细胞的成熟呈进行性下降［17］。体外培养的NSC可诱导分化为神经元和神经胶质细胞，两者分别特异性地表达NSE和GFAP。本研究用免疫荧光染色显示，在细胞核周围，巢蛋白免疫反应阳性的细胞＞90%，说明所制备的NSC纯度＞90%。另经维生素A诱导后，两者均呈阳性，表明所制备的NSC具有分化潜能，此细胞可应用于后续实验。
本文选用PowerPlex 6C（美国，Promega公司）和Yfiler Plus两种常用现场物证检验试剂盒平行实验，验证本复合扩增体系的分型一致性和对案件检材的适应性。35份不同类型的检材经三种扩增体系检验，相同基因座分型结果一致，证明该复合扩增体系分型结果可靠，并对现场检材DNA的检出能力较高，可以达到PowerPlex 6C和Yfiler Plus的检验效果。图2为钢管检材上汗液斑经三种方法检验的分型图谱，由于模板DNA量过低，三种扩增体系的各基因座的峰高均出现不均衡现象，但仍都得到了完整的分型结果。
综上，该复合扩增检测体系具有系统效能高的特点，可一次性获得19个常染色体与27个Y染色体以及性别基因的遗传信息，是目前国内外采用六色荧光标记复合扩增技术中，所含基因座数量最多的常染色体与Y染色体联合检测方法[8-11]，一次检验结果包括了公安部确定的常染色体19个核心基因座和Y染色体20个核心基因座，能同时满足全国公安机关DNA数据库与男性家族数据库建设对基因座的要求，而且，对血痕样本及各类案件检材均具有很好的适应性。因此，该体系可为DNA数据库与男性家族数据库的建设，以及公安系统实际案件中DNA检验提供一种新且高效的技术手段。
图1 DYF387S1和DYS385基因座三基因分型图谱（a：本复合扩增体系的检测结果；b：Yfiler Plus试剂盒的检测结果）
Fig.1 Anomalous three-band patterns from locus DYS385 and DYF387S1 (a. The electrophoretogram from the amplification system applied by this test； b. The electrophoretogram by the Yfiler Plus Kit)
图2 汗液斑样本检测的电泳图谱（a：本复合扩增体系的检测结果；b：PowerPlex 6C试剂盒的检测结果；c：Yfiler Plus试剂盒的检测结果）
Fig.2 The electrophoretogram of the DNA from one sweat stain (a. The electrophoretogram from the amplification system used by this test； b. The electrophoretogram by the PowerPlex 6C Kit； c. The electrophoretogram by the Yfiler Plus Kit)
参考文献
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Application of a Fluorescent multiplex Amplification System Containing 19 Autosomal and 27 Y STR Loci
JIA Fei, ZHAO Bin, SHEN Hongying, LIU Feng*
(Liaoning Provincial Public Security Department, Shenyang 110032, China)
ABSTRACT： Objective To evaluate the forensic applicability of a fluorescent multiplex amplification system containing 19 autosomal and 27 Y-STR loci. Methods 810 male individuals from Liaoning Han-ethnic population were prepared of their bloodstain samples to undergo the amplification and STR loci test by the indicated system along with 35 samples from cases.Results 239 alleles and 927 genotypes were observed, with no deviations being found of the observed allelic distribution from Hardy-Weinberg equilibrium expectation based on Chi-square test (P ＞ 0.05). The total discrimination power of the 19 autosomal STR loci was 1-1.3967×10-23, and the cumulative probability of paternity exclusion was 0.999999994 in triplet setting (CPEtri ) and 0.999992 in duo condition (CPEduo ). 810 different haplotypes were observed from the tested 810 male unrelated individuals, and the gene diversity (GD) was between 0.3873 and 0.9695. 35 samples from cases were also correctly genotyped. Conclusion All the selected 46 loci in the system show highly polymorphic in Liaoning Han-ethnic population,demonstrating the system is suitable for both database construction of DNA/male lineage and forensic investigation into actual criminal cases.
KEY WORDS： forensic biology； autosomal STR； Y-STR； Liaoning Han-ethnic population； forensic application
中图分类号： DF795.2
文献标识码： B
文章编号： 1008-3650(2019)06-0541-04
第一作者简介： 贾菲，女，江苏高邮人，硕士，主检法医师，研究方向为法医DNA分型研究。E-mail： feijia82@163.com
* 通讯作者简介： 刘锋，男，辽宁瓦房店人，学士，主任法医师，研究方向为法医遗传学检案及研究。E-mail： lndna0121_cn@sina.com
DOI： 10.16467/j.1008-3650.2019.06.014
收稿日期： 2018-04-18； 修回日期：2018-08-30.
引用 本文格式：贾菲，赵斌，沈红缨，等.19个常染色体STR和27个Y染色体STR复合扩增体系的法医学应用[J]. 刑事技术，2019,44(6)：541-544.