Y染色体STR基因座的研究进展

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【摘 要】 人类y染色体str基因座作为一个特殊的遗传标记以其独特的优势在法医学实践中发挥着重要作用。

本文就y染色体str基因座的相关理论和研究动态等进行综合评述，为y染色体str基因座在法医学中的应用进行

有益的探索。

【关键词】y染色体；短串联重复序列(str)；法医学

【中图分类号】d919．2；q75

【文献标识码】b

【文章编号】1007—9297(20__)01—0062—04

the research development in y chromosome str loci．chen shuai-fen ，yuan li2,ye jt ．1．chinese pepole s

public security university beo’ing looo3& 2．beijing institute of forensic medicine &science beijing]00040；3．institute of

forensic science ministry ofpublic securitypeople s republic ofchinabeijing100038

【abstract】，r}1is paper reviews the correlative theory and research development of human y chromosome str loci in

forensic medicine application． the aim of this article lies in expanding the application range and exerting the unique advan—

tages of y chromosome as a genetic marker．th erefore this study has important theoretical and practical significance．

【key words】y—chromosome；short tandem repeats(str)；forensic medicine

人类y染色体属于性染色体，正常男性拥有y

染色体，女性没有。y染色体除拟常染色区(pseu—

doautosoma]region)#b．在遗传过程中不与染色体发生

重组，且序列结构特征能稳定地由父亲传给儿子并为

男性所特有，呈父系遗传。因此，对于y染色体str f

short tandem repeat)基因座多态性研究可为法医学

个体识别和亲权鉴定提供新的手段，在诸如父系家族

的亲权鉴定、混合斑男性成分的检测、不同男性个体

混合物的分析、无名男尸的身源确定、追溯父系迁移

历史及重构同一父系家族等方向都具有独特的应用

价值。本文就y染色体str基因座的相关理论和研

究动态等进行了综合评述．为y染色体str基因座

在法医学中的应用进行有益的探索

一

、y染色体str基因座的研究历史及现状

早在1976年cooke h等_lj就首先报道了存在于

人类y染色体上的串联重复序列．为人类遗传学和

法医学的研究开辟了一条新途径 1992年roewer l

等[21和1994年mathias n等31最早报道y染色体

str基因座的高信息含量，人们开始探索其在法医学

亲权鉴定中的应用，但由于种种原因．进展缓慢 到上

个世纪90年代前期，只有5个str f即ycai／ii／iii，

dys19，dxys156x )被详细地描述，且其中只有

dys19被用于法医学，并被部分实验室列入法医常规

检验项目。1997年kayser m等[41对已发现的y染色

体str的多态性进行了较为全面的研究和检测．为

其在法庭科学方面的应用奠定了基础。国内郑秀芬等

[51也对一些y—str基因座进行了描述。从此．对y一染

色体str基因座在法医学中的应用研究逐渐开展，

越来越多的y染色体str基因座被开发和利用

到目前为止，经一系列文献或报道等形式确认并

命名的y—str基因座已有228个[ 表1列出了已

被文献确认并命名的228个y染色体str基因座的

发现情况。其中dy$393和dy$395．dys460和y—

gata—a7．1．dy$461和y—gata—a7．2．dy$437和

dys457是同一基因座重复命名。dys394引物序列虽

改变．但与dys19扩增的是同一基因座，增加了一些

at重复序歹0。dys384．y—gata—a8。y—gata—a4

3个基因座可以同时扩增男性和女性dna．不是y染

色体特异的str：[7,8／dxys156基因座严格来讲也不

是y染色体特异的str，一对引物可以同时扩增x

染色体与y染色体的特异区域。同其中欧洲y染色体

分型学会建立的“最小的单倍型”(minimal haplo—

i作者简介】陈帅锋(1979一)，男，河南禹州市人，中国人民公安大学在读硕士研究生，主要从事法医遗传学研究。

tel+86—10—83342718 e—mail：doctorpolice@163．com

( 基因座扩增产物为多条带的，这里计为一个基因座

法律与医学杂志20__年第12卷(第1期)

types．mill)和“扩展的单倍型”(extended haplo·

types)由以下y—str基因座组成：dys19，dys385m

b，dys389i，dys389ii，dys390，dys391，dys392，

· 63 ·

dys393和ycaii基因座。这些y—str基因座已作为

普通的基因座进入了欧洲中央dna数据库。01

在已发现的y—str基因座中，存在有2，3，4，5或

表1 已被文献确认并命名的228个y染色体str基因座的发现历史一览表

6核苷酸序列的重复主型。同常染色体一样，4核苷酸

序列基因座是y—str基因座最常见的基因座．也是法

医分析最常用的基因座。大部分y—str基因座一对引

物的扩增产物为一条带，但部分基因座在y染色体上

有重复拷贝，扩增产物为一条或两条带(如dys385，

ycai，ycaii，ycaiii，dyf371，dys459)。dys385【 01

基因座的引物有两个结合部位．可以扩增出两个大小

不同的等位基因片段，但是这两个区的扩增片段大小

互相交叉．相互间无法区分，无法确定基因座的基因分

型．必须按单倍型处理．等位基因间用“一”隔开。

dys389[1q基因座的5’端均含有一个共同的固定序

列，使一个pcr引物有两个退火结合部位，可以扩增

出两个大小 不同的片段，因此，可将dys389基因座

分为dy$389i和dy$389ii基因座。dys464基因座

有4个独立的拷贝位于y染色体长臂非重组区，是

daz基因的一部分。dys464可以产生1～4条带，171这

些基因座在判断混合斑男性个数时应特别注意。这些

具有多拷贝的基因座，一对引物可以扩出多个等位基

因，得到许多组合的等位基因，使得单基因座的变异度

达到很高。但与常染色体str相比，单个y—str基因

座的多态性也较常染色体相对较低，变异度高的基因

座相对较少。

另外，与常染色体str相比，y—str更经常发生

“无效等位基因”或多个等位基因。santos等⋯】报道一

对父子dys19基因座有3个等位基因：kayser等

发现有两个个体dys19基因座双等位基因，1个个体

dys390基因座双等位基因．1个个体dys385基因座

3等位基因。据vogel[·2】报道，y染色体str常出现沉

默基因以及多拷贝基因，可能与y染色体的特殊结构

有关。细胞发生学研究发现y染色体长臂上的异染色

质长度经常波动，可能是由于有丝分裂时缺乏配对染

色体，姊妹染色单体上重复dna交换频率增加，引起

str基因座缺失或拷贝增加。

二、y染色体str基因座的命名原则

y染色体特异str基因座的等位基因按国际法

医血液遗传学会dna委员会(dna commission of the

isfh11994年推荐的原则命名，[131并于1996年在柏林

召开了第一届y染色体str分型的学术会议，统一

了y—str基因座的命名原则，用可变重复序列的数

目命名y—str基因座等位基因。对暂时还没有完全

测出等位基因序列的或还没有确定等位基因长度的

那些y—str基因座，可直接用等位基因的长度命名，

或用简单的数字以序号表示，以观察到的最短的等位

基因命名为等位基因1。随着y—str研究和应用的迅

速发展，20__年国际法医遗传学会dna委员会对

y—str的命名、等位基因标准的应用、群体遗传学以

· 64 ·

及报告方法等又提出了一些原则与建议，_14]该方案以

常染色体str的命名方案为基础，结合y染色体的

特点，从而使y染色体的命名既符合常规，又突出了

y染色体的特点，是学者们能普遍接受的方案。新方

案结束了y染色体str命名的混乱局面，使其统一

起来。

三、y染色体str基因座的数据统计分析

因为y染色体str系连锁遗传，不符合h—w 平

衡定律，它们的累积个体识别率不能按常染色体基因

座的乘法规则计算。计算个体识别率有自己的规则和

公式，对统计获得的gd(gene diversity，基因变异度)

和hd(haplotype diversity，单倍型变异度)的值越大，

说明该基因座或者单倍型能提供的信息量越多，具有

较高的法医遗传学应用价值

对于y染色体来说，gd值即等于dp(个体识别

率)值和pe(power of exclusion，非父排除率)值。据侯

一平等i 5j报道，对群体样本研究获得的等位基因数据

的分析，应用直接计数法计算各个基因座的等位基因

频率及单倍型频率。

基因座各自的基因变异度gd和hd值，按公式

(1)计算； 标准误(standard errors，se)利用公式(2)计

算：【

(1)gd／hd=n(1一σpi2)／(n一1) fpi为等位基因频

率，n为样本数1

(2)s．e．={2【σpi3一(σpi2)2]／n}1／2 (pi为等位基

因频率，n为样本数1

对于不同群体之间数据的对比分析，应采用卡方

(xz)检验。我们也可以借助一些统计软件如

arlequin(ver1．11 计算等位基因、单倍型频率及

基因变异度。也可以利用promega公司的统计工具一

powerstats 或者sas，spss处理一些数据。

四、y染色体str基因座复合扩增的研究动态

由于单个y染色体str基因座提供的信息有

限，难以满足法医学检验鉴定之要求，所以多个str

基因座联合应用，建立合适的单倍型是非常必要的，这

样可大大提高个体识别率，降低偶合概率。降低了工作

强度 近年来已有许多学者建立起了不同的复合扩增

系统且有多套商品化的y染色体检测试剂盒推出。

1997年．prinz等_18】第一次建立了y—str复合扩

增体系并命名为quadruplex i，并做了法医学应用性

研究。此后，许多研究者尝试用不同的基因座组合和

不同的检测方法开发新的y—str复合扩增体系。

20__年redd等[71新开发出l4个y—str基因座，加

上已发现的基因座，一共27个基因座，分4个体系进

法律与医学杂志20__年第l2卷(第1期)

行复合扩增并进行了群体遗传学的研究。同年，butler

等 建立了一个能够同步扩增20个y染色体str

基因座的五色荧光复合扩增检验体系。随着越来越多

可利用的y—str基因座的发现，最近，hanson等㈣

报道了一个同步扩增21个y～str基因座的复合扩

增体系，这一命名为megaplex的体系利用全新的基

因座组合模式，21个基因座中没有包括一个欧洲“最

小的单倍型”和“扩展的单倍型”的基因座．这些基因

座显示出极高的法医学应用价值。近来，商品化的y

染色体str检测试剂盒进展加快，已有多套可利用

的商品化试剂盒推出。20__年promega公司在全球推

出的全新的y—strs系统一powerplex(r)y系统在一个

反应管中同时扩增l2个基因座。其中包括isfh认定

的欧洲mhl 的9个基因座 (www．ystr．org)及

swgdam f scientific working group on dna analysis

methods)推荐的11个基因座，该系统具有超强的反应

特异性和高度的灵敏性。20__年abi公司建立了

ampfistr(r)y filertm试剂盒， 一个反应管中可同

步扩增l7个y—str基因座的五色荧光复合扩增检验

体系。其中也包括isfh认定的欧洲mhl的9个基因

座(www．ystr．org)和swgdam推荐的基因座以及另外

几个高多态性基因座。

五、y染色体str基因座的特点及应用

(一)为正常男性特有

在男女性混合样品的鉴定中，分析男性成分可不

受女性成分的影响。但一些y～str基因座可在女性

样 品中检测到．annabel gn等报道在某些y—str基

因座，如dys391和dys393基因座在某些女性样品

中也有扩增产物，【21]这提醒我们在进行个体识别时必

须引起注意。

(二)父系遗传

y染色体非重组区序列结构能够稳定地由父亲

传给儿子，故除突变外，起源于同一男性家系中的所

有男性个体y染色体非重组区应该是相同的，str基

因分型的结果都是一样的。例如在缺少父亲的亲子鉴

定中，可由其父系亲属如叔、伯等做参照。但应注意y

染色体基因座同常染色体str基因座一样都有一定

的突变率。

(三)呈单倍型遗传

y染色体str位于同一条染色体上，不论它们的

物理距离多远，均呈连锁单倍型遗传，所以个体识别

与父权鉴定相关几率计算不能参照常染色体的累计

法，而只能以单倍型概率计算。对于大多数y—str基

因座．一个样本的分型只有一条带，对于多个男性样

法律与医学杂志20__年第l2卷(第l期)

本混合时，若检见多条谱带，也可在一定程度上提示

混合样品中的男性人数至少是多少人。

(四)多态信息含量和个体识别率高

尽管单个str因缺乏重组而多态性较低，提供

的信息有限，但多个str联合应用(复合扩增检测)可

产生许多单倍型，极大地降低了偶合概率，提高了多

态信息含量和个体识别率。

(五)分型简单，应用方便

y染色体遗传方式简单，个体间无杂合子与纯合

子之分．故无需大规模的随机调查进行hardy—wein．

berg平衡的验证。

(六)不同种族、民族及不同地域人群的str 多

态性差异明显

国内外均有学者对不同民族、地域的人群进行遗

传学研究，研究显示y—str基因座的多态性分布具

有明显的种族、地域差异。因此，建立本地区本民族的

等位基因频率分布资料是法医学应用的前提与基础

数据．对法医学实际应用有很重要的价值。

六、结语

总之．人类y一染色体str基因座作为一个特殊

的遗传标记以其独特的优势发挥着重要作用．是常染

色体str分型及mtdna的重要补充。随着科技的进

步和科研人员的不断努力，y一染色体str将作为新

的重要的分子生物学手段，在法医学、人类学及其他

相关学科的研究中发挥着愈来愈重要的作用。

参考文献

[1] cooke h．repeated sequences specific to human males[j】．nature，

1976，262：182

[2] roewer l，arnemann j，spurr nk，et a1．simple repeat sequences on

the y-chromosome are equally polymorphic as their autosomal coun—

terpart[j]．hum genet，1992，89：384-389

[3] mathias n，bayes m，tyler—smith c．highly information compound

haplotypes for the human y chromosome【j】．hum mol genet，1994

(3)：115～123

[4] kayser m，ca ia a，corach d，et a1．evalution of y—chromosomal

strs：a multicenter study[j]．int j legal med，1997(110)：1029-1033

[5] 郑秀芬，王小娅．y一染色体及其在法医鉴定中的作用[j]．中国法医

学杂志，1996，13(3)：183～187

[6] john butler．going beyond the u．s．haplotype：a look at additional

y-str and y—snp loci in u．s．populations aafs workshop：str

analysis on forensic casework，february 17，20__

· 65 ·

[7] redd aj，agellon ab，kearney va．forensic value of 14 novel strs

on the human y chromosome fjj．foremsic sci int，20__， 130：97～

111

[8] white ps，tatum oldeaven ll，et a1．new male—specific mierosatel—

lite markers from the human y chromosome[j]．genomies，1999，57：

433～437

[9] butler jm，schoske r，vallone pm，et a1．a novel multiplex for simultaneous

amplification of 2o y chromosome str markers fj】．

forensic sci int，20o2(129)：10-24

[1o] 郑秀芬著．法医dna分析[m】．北京：中国人民公安大学出版社，

20__

[1 1] santos fr，gerelsaikhan t，munkhtuja b，et a1．geographic differenees

in the allele frequencies of the human y—-linked tetran ueleotide

polymo~hism dys19[j]．hum genet，1996，97：309~313

[12] vogel f，motulsky ag．human genetics．springer[m]．berlin heidelberg，

new york．1986

[13]dna recommendations-1994 report concerning further reeommenda—

tions of the dna commission of the isfh regarding pcr-based

polymo~hisms in str (short tandem repeat) systems[j]．int leg

med，1994，107：159～160

[14] dna commission of the isfh：recommendations on forensic analysis

using y-chromosome strs[j]．int j leg med，20__，__：305~309

[15] hou yp~hang j，li y b，wu j，et a1．allele sequence of six new y—

str and haplotypes in the chinese han population fj】．forensic sci

int，20__(118)：153～159

[16] schneider s，kuefer j k，roess l，et a1．arlequin ver1．1 a soft—

ware for population genetic data analysis[cp¨aj．in：dept of an—

thropology an d ecolo gy，university of geneva switzerlan d ．genetics

and biometry laboratory[c]，1997

[17] tereba a．tols for analysis of population statistics；promaga corpo—

ratior【 ．profiles dna，1999，(2)：14-16

[18] prinz m．，boll k．，baum h．et a1．multiplexing of y chromosome spe—

eifie strs and performance for mixed samples[j]．forensic sci int，

1997(85)：209～218

[19] hanson ek，ballantyne j．a highly discriminating 21 locus y—str”

megaplex”system designed to augment the minimal haplotype loci

for forensic casework[j]．j forensic sci，20__(49)：4o～51

[20] ab公司法医dna分析新技术讲座一ab公司法医dna数据分

析产品进展与未来发展．北京20__．5

[21] annabel gn，mike e，maria vl，et a1．sequence structure of 12

novel y chromosome mi erosatellites and pcr am plification strate一

矛esfj】．forensic sci int，20__，122：19

[22] 吴薇薇，郝宏蕾，郑小婷，等．浙江汉族人群6个y-str基因座遗

传多态性的调查及法医学应用fj】．刑事技术，20__(3)：16~23

(收稿：20__—11-09，修回：20__—02—02)