盘锦汉族人群Y染色体标记谱系解析：基于Yfiler? Platinum扩增试剂盒的法医学效能与群体遗传特征研究

《Annals of Human Biology》：Deciphering male lineages: a comprehensive analysis of Y chromosome markers in the Panjin Han population

　　

摘要 背景：Y染色体短串联重复序列（Y-STR）检测试剂盒已成为涉及男性生物物证法医学案件中的核心工具。随着基因分型技术的进步，对扩展Y染色体标记组合的需求日益增加，以提高男性个体识别和父系谱系追踪的分辨率。 目的：本研究旨在评估Yfiler? Platinum PCR扩增试剂盒在中国辽宁省盘锦市汉族人群中的法医学效能及群体遗传特征。 研究对象与方法：研究分析了来自盘锦的1,295名无血缘关系汉族男性，使用包含38个Y-STR和3个Y-插入缺失标记（Y-indels）的试剂盒进行检测。计算了包括单倍型多样性（HD）、基因多样性（GD）、鉴别能力（DC）和随机匹配概率（RMP）在内的统计参数。通过Rst成对分析、多维尺度分析（MDS）、主成分分析（PCA）、热图聚类和邻接法（NJ）系统发育树探讨了群体结构。 结果：研究共检出1,225个不同单倍型（其中1,166个为唯一单倍型），DC值为0.9459，HD值为0.9999。GD值范围为0.1014（DYS645）至0.9675（DYS385）。单倍群O占主导地位（70%），尤其是O2a2（F525）亚支。 结论：Yfiler? Platinum试剂盒在盘锦汉族人群中表现出较高的鉴别效能，为中国东北地区建立了有价值的区域性法医学参考数据库。该数据集虽与东亚更广泛的Y染色体模式一致，但提供了该地理区域法医学准确解读所必需的人群特异性参数。

盘锦汉族人群Y染色体遗传标记的法医学与群体遗传学综合研究解读

一、研究背景与问题提出

Y染色体短串联重复序列（Y-chromosome short tandem repeat, Y-STR）因其较高的突变率（5×10?3）而呈现显著的多态性，在人类遗传学多个领域具有重要价值。Y-STR最常用于在高雌性背景的DNA混合物中确定男性成分，或重建男性个体之间的父系亲缘关系。在实际法医学调查中，Y-STR已证明其有效性，推动了专用Y-STR检测试剂盒的开发。此外，快速突变Y-STR（RM Y-STR）从近乎完整的Y染色体DNA序列中精心筛选而来，已被证明在区分密切相关男性个体方面具有关键作用。既往研究证实，通过向现有Y-STR组合中谨慎添加标记（从17个Y-STR扩展至27个Y-STR），可提高男性谱系区分的分辨率。

Yfiler? Platinum PCR扩增试剂盒即为构建综合数据库而开发，其在Yfiler Plus试剂盒基础上额外纳入10个标记，即DYS549、DYS645、DYS557、DYS593、DYS522、DYS444、DYS596、DYS643、DYS447和DYS527，在数据库构建中发挥重要作用，例如为Y染色体单倍型数据库（YHRD）做出贡献。目前，YHRD在release 69版本下已收录超过349,750个最小单倍型、106,444个Yfiler Plus单倍型以及46,733个Ymax单倍型。

盘锦市位于中国东北，是以汉族为主要民族的直辖市。在清代（1644–1912），该地区在汉族向满族领地迁徙和扩张中发挥了关键作用，形成了汉满文化交融的独特格局。尽管东亚地区Y-STR数据库应用广泛，但辽宁省北方汉族人群的法医学和群体遗传学特征仍存在显著空白。该地区历史上处于汉族扩张与满族原住民定居的交汇地带，其遗传结构尚未充分研究。既往研究多聚焦南方汉族或其他中国少数民族，盘锦汉族人群作为中原与东北之间的关键过渡区域，其父系遗传结构有待深入探索。

二、研究内容与核心结论

本研究旨在利用Yfiler? Platinum PCR扩增试剂盒对盘锦市1,295名北方汉族男性进行基因分型，具体目标包括：（i）为该研究不足区域建立高分辨率法医学参考数据库；（ii）评估扩展的38个Y-STR标记组合相较于早期试剂盒在北方汉族背景下的鉴别效能提升程度；（iii）探索北方汉族个体间的遗传亲缘关系，检验盘锦汉族人群是否展现出反映其与满族和蒙古族历史融合的独特父系谱系；（iv）评估Yfiler? Platinum试剂盒在该特定人群背景下的法医学适用性。该研究填补了辽宁省Yfiler? Platinum数据的匮乏，有助于深化对塑造汉族人口史关键区域父系遗传结构的理解。

三、关键技术方法

研究人员从盘锦市采集1,295名无血缘关系、至少居住三代且户籍信息经行政部门核实的北方汉族男性血样，研究方案获得沈阳医学院伦理委员会批准（SYMC-20211015-15，2021年10月19日）。DNA提取采用ReliaPrep Blood gDNA Miniprep系统，使用Nanodrop-2000分光光度计测定浓度和纯度，最终稀释至2 ng/μL。PCR扩增采用GeneAmp PCR System 9700热循环仪，产物经Applied Biosystems 3500遗传分析仪分离，使用GeneMapper ID-X软件进行STR分型分析。统计参数计算包括等位基因频率、单倍型频率、单倍型多样性（HD）、基因多样性（GD）、鉴别能力（DC）和随机匹配概率（RMP）。群体结构分析采用Rst成对分析、多维尺度分析（MDS）、主成分分析（PCA）、热图聚类和邻接法（NJ）系统发育树，单倍群预测使用NevGen在线工具，网络分析采用Network 5程序。

四、研究结果

法医学与群体遗传学参数：研究人员成功获得辽宁省盘锦市北方汉族1,295名个体基因型，数据已提交至YHRD并获得YA006004登录号。38个Y-STR共观察到447个独特等位基因，等位基因频率范围为0.00077至0.9467。三个Y-Indels（rs199815934、rs759551978和rs771783753）的等位基因频率范围为0.1613至0.8386。该试剂盒包含三个多拷贝STR（DYS385a/b、DYS527a/b和DYF387S1），其中DYS385显示最高等位基因组合数（83）。单拷贝STR中等位基因组合范围为4（DYS437和DYS645）至18（DYS518）。单拷贝标记的GD值范围为0.1014（DYS645）至0.8833（DYS449），多拷贝标记为0.9381（DYS527）至0.9675（DYS385）。三个SNP的GD值范围为0.2708至0.3853。

单倍型多样性：研究人员在八个水平评估了单倍型确定情况。在最小单倍型水平（MHT，9个Y-STR），观察到916个单倍型，HD为0.9989，其中730个（56.37%）为唯一单倍型，DC为0.7073，RMP为0.0018。在17个Y-STR水平，HD值为0.9997，1,021个（78.84%）唯一单倍型，DC为0.8779。在30个Y-STR水平，共观察到1,185个单倍型，HD为0.9998，其中1,098个（84.78%）为唯一单倍型，DC为0.9150，RMP为0.0009。在三个Y-Indels水平仅观察到4个单倍群，最常见单倍群为1-2-2（rs199815934、rs771783753和rs759551978），频率为0.5722。

盘锦汉族与其他中国人群的遗传分化：基于27个重叠Y-STR的成对Rst分析显示，盘锦汉族与内蒙古汉族（Rst=0.0033）遗传亲缘关系最近，其次为北川羌族（Rst=0.0065）、四川汉族（Rst=0.0135）、福建汉族（Rst=0.0152）和四川客家汉族（Rst=0.0174）。相反，与阿坝藏族（Rst=0.3126）遗传差异最大，其次为日喀则夏尔巴人（Rst=0.2244）、青海撒拉族（Rst=0.0863）、拉萨藏族（Rst=0.083）和云南傣族（Rst=0.0809）。热图显示盘锦汉族与南方汉族和满族汉族高度相似，与四川汉族和客家汉族中度相关，与藏族、侗族和回族差异显著。MDS图中盘锦汉族与内蒙古汉族形成紧密聚类，NJ系统发育树也证实了这一关系，原因在于两地区在近代均属满洲地区。研究结果与北方汉族与南方汉族存在遗传差异的理论一致，盘锦汉族与北方人群而非南方人群聚类。

盘锦汉族与世界人群的遗传分化：基于Yfiler Plus试剂盒27个STR的成对Rst分析显示，盘锦汉族与印度人群遗传距离最近（Rst=0.0489），其次为韩国人群（Rst=0.0537）、巴西人群（Rst=0.1003）和英国人群（Rst=0.1124），与黎巴嫩人群（Rst=0.2458）和爱尔兰人群（Rst=0.2412）距离最远。NJ树中盘锦汉族与韩国人群聚类，英国、印度和非洲裔美国人群体聚于同一分支，这可能源于YHRD中将南亚个体归入英国类别所致。MDS图中盘锦汉族与韩国人群同处左上象限，两者均属东亚人群且具有共享遗传组成。

盘锦汉族人群的祖先信息：研究人员使用NEVGEN软件从STR数据计算Y染色体单倍群，鉴定出五个主要单倍群：R、Q、N、C和O，合计占人群的93%。单倍群O在东亚人群中占主导，占盘锦汉族人群的70%，其中O2a2（54.72%）为主要亚支，其次为O2a1（26%）、O1b1（9.67%）、O1a1（7.58%）和O1b2（1.97%）。单倍群O被认为约在30,000至60,000年前起源于东亚或东南亚。单倍群C的高频率可能归因于历史融合事件，满洲地区历史上曾居住类似蒙古骑手的原住民，后成为商人，支持汉族与当地原住民群体间遗传融合的证据。

五、讨论与结论

本研究存在若干局限性：样本仅代表辽宁省内单一城市，可能无法完全反映东北汉族更广泛的遗传多样性；研究仅聚焦Y-STR标记，忽略了母系和常染色体遗传多样性；比较分析可能受参考群体选择和数据集潜在偏差影响。

本研究建立了辽宁省盘锦汉族人群的区域性法医学和群体遗传学参考数据库。研究人员成功使用Yfiler? Platinum PCR扩增试剂盒对1,295名个体进行基因分型，获得全面的Y-STR和Y-Indel数据。38个位点水平的高HD（0.9999）和DC（0.9459）支持该标记组合在涉及北方汉族个体法医学案件中的实用性。盘锦汉族与内蒙古汉族人群的遗传亲缘关系归因于满洲地区共享的历史联系，强调了法医学实践中地理匹配参考数据库的重要性。与21个中国人群和18个世界人群的成对比较证实盘锦汉族与北方汉族群体聚类，与南方汉族和非汉族少数民族存在差异。世界范围比较显示盘锦汉族与韩国（Rst=0.0537）和印度（Rst=0.0489）人群遗传距离最近，可能反映东欧亚基因库共享祖先成分而非近期基因流动。与欧洲（爱尔兰：Rst=0.2412）和中东（黎巴嫩：Rst=0.2458）人群的显著分化强调了人群特异性参考数据库的必要性，支持Y-STR在男性DNA贡献者祖先推断中的法医学效用。单倍群O占主导（70%），O2a2（54.72%）为主要亚支，与其他北方汉族和东亚人群观察到的模式一致。单倍群C频率升高（相较于南方汉族群体）提示与满洲原住民的历史融合，反映了该地区复杂的群体历史。总体而言，本研究为盘锦汉族人群提供了区域特异性、高分辨率的Y-STR数据库，可直接应用于法医学案件，并作为东北地区未来群体遗传学研究的比较参考。未来研究应整合常染色体和线粒体标记，以更全面理解盘锦汉族的遗传结构，并将采样扩展至邻近区域以评估这些发现在更广泛东北地区景观中的稳健性。