短串联重复序列(short tandem repeat, STR)是继限制性片段长度多态性之后的第二代遗传标记,自20世纪80年代末得到开发利用以来,在检测方法及应用领域等方面都得到了不断的发展,现在已经广泛应用于遗传作图、遗传病诊断、基因定位、群体遗传学研究、法医学鉴定等方面,是目前应用最广泛的遗传标记之一。人类Y染色体为性染色体,正常男性拥有而女性没有,除拟常染色体区(pseudoautosomal region)外,其他部分在遗传过程中不发生重组。人类Y染色体STR(short tandem repeat)是指存在于Y染色体上非重组区的短串联重复片段,其序列结构特征能够稳定地由父亲传递给儿子,为男性特有,呈父系遗传。1976年Cooke H等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。1986年Arnemann等发现了Y染色体上的第一个微卫星DNA,重复单位为(gata) n,现命名为DYS19,此后别的Y染色体STR不断被发现。自90年代初创PCR-STR分型技术以来,国内外众多学者都纷纷进入这一领域,越来越多的Y-STR多态性位点不断被发现。目前,较多使用的Y染色体微卫星标记有DYS19、DYS287、DYS385、DYS388、DYS389Ⅰ、 DYS389Ⅱ、DYS390、DYS391、DYS392、DYS393、YACⅢ、Y-GATA-H4、 Y-GATA-A4、Y-GATA-A7.1、Y-GATA-A7.2、Y-GATA-A8、Y-GATA-C4、 Y-GATA-A10、DYS434、DYS435、DYS436、DYS437、DYS438、DYS439、 DYS442、DYS446、DYS458等30多种。它们的一些相关信息可以在美国人群的Y染色体短串联重复单体型相关数据库(YHRD)(http://www.ystr.org/usa/)和欧洲人群的YHRD(http://ystr.charite.de)中获得。Y-STR基因座多态性研究在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和无名男尸的身源确定以及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。国内外学者对不同种族、民族和地域的人群进行遗传学研究,结果显示Y-STR的多态性分布具有明显的种族、民族、地域和家族等差异,原因在于Y染色体在遗传过程中除拟常染色体区外,其余部分不与X染色体发生交换、重组,此区序列的改变仅仅由突变引起,这些突变构成了人类Y染色体非重组部分的多态性。在人类进化研究中,准确估计Y-STR位点的突变率是追溯谱系起源的前提。Y-STR位点的突变率也是准确解释亲子鉴定以及法医学调查结果所必需的。对于Y-STR突变的研究方法主要有几种：深根系谱法、多代家系研究、单精细胞法以及群体进化研究。1997年,Heyer等研究了12个多代家系中的42个男性个体,共257次减数分裂,去除明确的、可疑的非婚生事件,在213次减数分裂中,9个Y-STR位点发现了4个突变,突变率为2.1*10-3/代。由于他们使用的是多代家系,因此就存在着非亲子对之间的突变,这样就不能绝对地确定Y-STR的差异是由突变引起的还是由非父系遗传引起的,所以这个由多代家系得出的突变率也受到了质疑。2000年,Kayser等研究了4999个父子对(即4999次减数分裂),在15个Y-STR位点中观察到了14个突变,得到的Y-STR位点的平均突变率为2.8*10-3/代,位点特异性突变率范围为0-8*10-3/代。因此他们认为Y-STR的突变率以及特点与常染色体微卫星的特点一致,并认为微卫星的突变机制与重组无关。此后,Kuriha等分别对不同地区的父子对进行研究,得出的Y-STR位点的突变率都在2*10-3/代左右。通过对不同地区家系的研究,不同的研究者所得到的突变率相差不大。而且他们一致认为在Y-STR的突变中,拷贝数增加的突变要比拷贝数减少的突变多；长片段的等位基因比短片段的等位基因突变率高；大部分的Y-STR突变为一个重复单位的改变,符合逐步突变模型。目前父子对家系研究为最可靠、直接的方法,但需要样本量要足够大。国内对Y-STR突变的研究不多,目前研究利用Y-filer检测后观察到的突变率较高,均有5‰以上,可能与样本量少有关。2009年Miriam利用Yfiler17个Y-STRs在已用DNA分析证实亲缘关系的父子对中观察了1764次减数分裂,检测到84次突变,每个基因座平均突变率为2.5%o,其中有98.8%是一步突变,1.2%是两步突变,增加突变次数与减少突变次数没有显著差异,同时观察到Y-STR突变率与父亲年龄之间呈正相关。相关文献报道观察到多数Y-STR突变与核心序列重复次数有相关性,且有基因座差异甚至等位基因的差异。对Y-STR突变率与父亲年龄之间的关系则存在着一些争议：Kayser等认为Y-STR突变率与父亲年龄之间没有明显的相关性,而Gusmao等的结果则表明Y-STR的突变率与父亲年龄相关,Y-STR的突变率随着父亲年龄的增大而增加。一般认为：STR的突变是由于在DNA复制过程中,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而出现突变。STR基因座的突变表现为重复单位数目的改变,主要分为单个重复单位突变和多个重复单位突变两类,前者占突变事件的90%。关于STR的突变模式,Brinkmann通过自己的观察并结合以往的有关研究认为一步突变(即单个重复单位的改变)占STR突变的90%以上,是STR突变的主要模式,提出了逐步突变模型(step-wise mutation model)。国内外文献观察到的Y-STR基因座突变多为一步突变,少数为2步突变,而突变倾向于重复单位数目的增加还是减少不同文献有不同结论。AmpFISTRmY-FilerTM五色荧光复合扩增系统是新近由Applied Biosystems公司推出的,可在一个反应管内同步扩增17个基因座(DYS456、DYS389I、D YS390、DYS389Ⅱ、DYS458、DYS19、DYS385、DYS393、DYS391、DYS439、 DYS635、DYS392、Y-GATA-H4、DYS437、DYS438、DYS448)。该试剂盒已广泛应用于法医学检案及人类遗传学等研究。但该试剂盒是以外国人群为背景资料而研发的,该17个Y-STR在中国汉族人群中的遗传参数较缺乏资料,因此,获得该17个Y-STR基因座在我国不同群体,尤其是汉族人群中的多态性、突变率及其突变特征,对于父系亲权鉴定和Y-STR试剂盒的研发、基于Y-STR的个案排查和父系查询比对系统建立均有十分重要的价值。本课题选择1000个广东汉族无关个体、1000对经DNA鉴定确定父子关系的样本、50个三代以上家系样本用Y-Filer试剂盒进行Y-STR分型,观察17个Y-STR传递过程中突变现象,对突变样本进行测序,确定突变本质,获得Y-STR在中国汉族人群中突变的发生频率及突变规律,评估17个Y-STR在法医学中的应用价值,为父系溯源、国产化Y-STR试剂盒研发.Y-STR家系排查及基于Y-STR数据库比对平台建立提供理论支持,并为法医学鉴定、群体遗传学、人类进化等研究提供数据基础。统计分析用直接计数法计算各等位基因频率,基因座第i个等位基因的频率pi=第i个等位基因频数/n(n为群体样本数)。基因多样性(gene diversity, GD)及单倍型多样性(haplotype diversity, HD),按公式h=n(1-∑Pi2)/(n-1)计算,n为样本例数,Pi为等位基因频率。结论：该17个Y-STR基因座在本次调查的1000个广东汉族男性无关个体中没有发现相同的单倍型,HD(单倍型多态性)达到1.0000,各基因座的基因型频率见表1,DYS385基因座存在a和b两个拷贝,其单倍型频率见表2。17个Y-STR基因座的GD(Gene diversity)值在0.4285(DYS391)至0.9654(DYS385a/b)之间；其中DYS385a/b发现81个基因型,包括5个三拷贝基因型和1个四拷贝基因型(详见表2)；其余基因座发现的基因型为5-10个。本研究观察了父子间共1000次减数分裂,在DYS458、DYS439、DYS385a/b、 DYS389Ⅱ、DYS390、DYS635、DYS456、DYS392、DYS19、DYS389Ⅰ等11个基因座发现46次突变,所有突变均经测序验证(如表5和图2)。17个基因座平均突变率为0.0027(95%CI,0.0020-0.0036),增加突变有16(34.78%)次,减少突变为30(65.22%)次,两者之比为1：1.87；长等位基因的突变率比中、短等位基因高；高年龄父亲的Y-STR突变率几乎为低年龄父亲突变率的2倍。在苏、杨共50个家系中,苏姓30个家系中共有10个单倍型；杨姓20个家家中共有14个单倍型。苏姓30个家系来源于5个不同父系,以主流单倍型为H1的父系中家系最多,人数也最多；杨姓20个家系来源于两个父系,两个父系主流单倍型分别为H11和H13,以H11为单倍型的家系和人数最多。两个姓氏没有共享的单倍型。