真实家系中遗传标记的突变原因分析

邢锦山，匡信慧

（连云港市公安局刑警支队，江苏  连云港  222000）

【摘要】根据孟德尔遗传的分离和自由组合定律，亲代基因型决定子代基因型。在法医物证检验实际应用中，可据此进行父- 母- 子三者的亲权关系鉴定。但是由于存在基因突变、送检检材降解、污染以及所用试剂的条件差异，可能引起的亲代和子代的某个位点不符合孟德尔遗传定律。这种情况下不能简单的将其判断为不具有，而应多方面去分析其产生的原因，当 3个以上STR基因座不符合遗传规律时，可排除亲子关系；当1或2个STR基因座不符合遗传规律时，增加检测手段，仍未发现新的不符合遗传规律的遗传标记，且亲子关系相对概率（RCP）值大于99.99%的，可以肯定亲子关系。［1］

【关键词】分子遗传学；亲权鉴定；STR；基因突变；分型差异

根据孟德尔遗传的分离和自由组合定律，亲代基因型决定子代基因型，他们之间基因型关系如表1所示。在没有基因突变、分型错误的前提下：①孩子的一对等位基因必定是一个来自父亲，一个来自母亲；②孩子不可能带有双亲均没有的等位基因。这两点是亲权鉴定的基本原理。也就是说，在肯定孩子的某个等位基因为生父基因，而假设父并不带此等位基因时，不能排除他为孩子的生父。对于父系遗传的Y染色体，子代的分型必定与父亲的相同，而且同一父系的所有个体的分型一致；对于母系遗传的线粒体DNA，子代的分型必定与母亲的相同，而且同一母系的所有个体的分型一致。仅根据上述遗传定律假设父与孩子之间在一个遗传标记上不符合遗传规律就可以排除其父子关系，但由于突变等多种原因的存在，一个基因座不符合遗传规律，可能是由突变等原因造成的，而且有文献已报道在真实的家系中存在两个遗传标记的突变，因此一个遗传标记的不符不能否定其亲缘关系［2］。通过分子遗传学分析，在亲权鉴定中，3个以上STR基因座不符合遗传规律时，可排除亲子关系；当1或2个STR基因座不符合遗传规律时，增加检测手段，仍未发现新的不符合遗传规律的遗传标记，且RCP值大于99.99%的，可以肯定亲子关系。

表1 亲代与子代基因型关系

亲代基因型组合

子代基因型（机会）

aa×aa

aa(1)

aa×bb

ab(1)

ab×cd

ac(1/4)，ad(1/4)，bc(1/4)，bd(1/4)

aa×bc

ab(1/2)，ac(1/2)

ab×ab

aa(1/4)，bb(1/4)，ab(1/2)

aa×ab

aa(1/2)，ab(1/2)

ab×ac

aa(1/4)，ac(1/4)，bc(1/4)，ab(1/4)

可能造成这一个可疑基因座不符合遗传规律的原因，总结起来有以下几个方面：

1基因突变

基因突变可以发生在体细胞或生殖细胞中，这两种突变有完全不同的后果。基因突变可以自发产生，也可以诱导产生。自发突变可能由DNA复制错误、自发损伤和转座因子等多种原因引起。

1.1 DNA复制中的错误

在DNA合成过程中，如果形成了一个不配对的碱基对（比如A-C）则引起碱基替换，从而引起DNA复制中的错误。DNA中的每种碱基可有几种形式，称为互变异构体，这些异构体中原子的位置之间的键有所不同 。例如一般的腺嘌呤的氨基形成可以转变成稀有的亚氨基形成。氨基态的腺嘌呤只和胸腺嘧啶配对，但变成亚氨基大放异彩事，在复制时可以和胞嘧啶配对，形成A-C。再复制形成的子代DNA分子中就可由G-C替换了原来的A-T。这种互变异构可以在DNA复制中自发发生。其具体包括转换、颠换、移码突变以及缺失和重复。

1.2自发损伤

自发损伤即自然产生的对DNA的损伤也能引起突变。脱嘌呤和脱氨基是两种最为常见的引起DNA自发操作的变化。脱嘌呤是由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏，从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上脱落下来。脱氨基可造成胞嘧啶转换成尿嘧啶。除此之外，还有第三类自发损伤即氧化性损伤碱基。

1.3诱发突变

是由于各种诱变剂（物理的、化学的）诱发的突变。每一种诱变剂都有其对应的特异性［指引起特定的突变类型和对特定的突变位点的“偏好” ］，例如：甲磺酸乙酯（EMS）和紫外线（UV）“偏好”于C-G→A-T转换，而黄曲霉素B1（AFB1）则偏好C-G→A-T颠换。［3、4］

结合短串联重复（STR）分型来讲，可细分为以下几点：

1.3.1不规则重复序列的STR分型异常  STR的核心重复序列存在着微变异。如核心序列不完整（如TH01 9.3）、核心序列长度不一致（如D21S11）、核心序列间有间隔序列（如FGA）和核心序列复杂高变（如ACTBP2）等。STR的不规则结构造成：⑴不同的等位基因之间相差仅1bp，在凝胶分辨率不高的情况下，无法区分这些不同的等位基因。⑵相同长度的扩增产物而重复序列不同的变异结构，在电泳时无法区分。⑶复杂的重复序列难以用核心序列的重复次数对等位基因进行命名，影响STR分型的标准化。序列的变异不仅见于重复单位内部，也可见于重复序列的侧翼区和引物的结合部位，它们可以是插入、缺失或碱基置换等。

1.3.2侧翼序列变异造成相应的等位基因错误分型  STR的分型依靠于PCR，若与引物的3'碱基互补的DNA模板碱基发生突变，形成错配，则PCR过程中引物无法延伸，不能扩增出相应的等位基因，形成空等位基因或无效等位基因（null allell）。杂合子个体只能扩增出一个等位基因，形成假的纯合子，在亲权鉴定中出现错误排除亲子关系的现象。几乎所有的CODIS基因座都已报告有无效等位基因。例如ABI的AmpFlSTR Profiler Plus试剂盒，D8S1179常见无效等位基因。

1.3.3移植引起的分型变异  脐血移植或骨髓移植，由于供者的细胞在受者体内的造血系统中生长，受者移植后可出现供-受嵌合型。如果供者的细胞 在受者体内生长良好，可取代受者的细胞，使受者的基因分型表现为供者型。如果供体的细胞不生长，则表现为受者型。

小肠和肾等器官移植后，会发生细胞移行嵌合。参与嵌合的主要细胞是树突状细胞，移行主要通过血管途径，嵌合发生的部位广泛，在外周血、淋巴结、骨髓、皮肤、肝脏等处都可发生。因此，在小肠、肾移植术后在外周血及皮肤组织中都发现供体的嵌合细胞。

除了造血干细胞的移植，其他移植一般不会影响血液的DNA分型。对于曾做过移植的个体，当怀疑移植会改变DNA的分型时，除了采血以外，还可取口腔上皮细胞、毛囊等多处部位的细胞进行检验，只有结果一致时才可以认为是正确的。

1.3.4稀有长度高度变异的等位基因  一些个体的等位基因的重复序列过长或过短，超出了Ladder的范围之外。在复合扩增分型时，一个基因座的等位基因会落在了相邻基因座的Ladder范围内。

2 检材原因造成分型变异

由于受到各种内外因素的影响，离体检材中的DNA都会发生不同程度的降解。对于降解不严重的检材，荧光标记引物复合扩增时，一般表现为扩增片段短的基因座有较高的峰高或较大的峰面积。但严重降解的检材太阳光紫外线照射损伤的DNA，在进行PCR-STR的分型中可能导致非特异性带、假杂合子的出现或涂布状分型不清的条带。

当DNA模板量过少时，则会导致在复合扩增中有的基因座扩增产物较多，有的则很少，甚至不被扩增，扩增产物分型时很容易出现非特异性带、影子带和杂合子的两个等位基因扩增效率不平衡的现象。

人、仪器和微生物的污染，都会导致分型的错误，特别是低拷贝DNA的PCR，更易受污染。

3 不同试剂的分型差异

引物的序列不同，扩增的片段长度和扩增的效率不一样。不同的试剂盒因为引物的序列不同，引物与模板的结合部位存在错配，甚至发生无效等位基因，可能在分型时会得到不同的结果，可以表现为非特异性带或影子带的出现率的差异，甚至分型完全不一样。利用不同公司生产的试剂盒检测相同基因座能在较大程度上避免产生分型差异。另外小体积的扩增体系容易出现等位基因扩增不平衡、等位基因丢失、额外等位基因产生等现象［5］。

STR基因座是人类重要的遗传标记，其分型简便、易于标准化，在法医学亲权鉴定中具有重要意义。但由于其核心序列短，发生突变的机率就高，这已引起广大法医工作者的重视。

突变包括PCR过程中的DNA复制时由于DNA聚合酶发生滑脱，从而导致重复序列中核心序列重复次数的改变，以及基因突变。

【参  考  文  献】

[1] 霍振义，刘雅诚，唐晖，等.2718例亲子关系鉴定结果的分析［J］.中国法医学杂志，2003，18（1）：31-32.

[2] 郑秀芬.法医DNA分析［M］.北京：中国人民公安大学出版社，2002.422-434.

[3] 王亚馥，戴灼华.遗传学［M］.北京：高等教育出版社，1996.440-451.

[4] 孙乃恩，孙东旭，朱德煦.分子遗传学［M］.南京：南京大学出版社，1990.161-180.

[5] 吕德坚，陆惠玲.DNA亲权鉴定［M］.广州：暨南大学出版社，2005.96-115.

作者简介：邢锦山（1980—），男，山东济南人，法医师，双学位，主要从事法医DNA检验鉴定工作。

作者单位：江苏连云港市公安局刑警支队

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