親子鑒定中，突變概率為1.4%，其表現(xiàn)為親代到子代的遺傳過(guò)程中，某一個(gè)基因位點(diǎn)增加或減少,一個(gè)重復(fù)序列;極少出現(xiàn)2個(gè)重復(fù)單元；增加或減少3個(gè)重復(fù)單元就更罕見(jiàn)。下面分析一例發(fā)生3個(gè)重復(fù)單元突變現(xiàn)象。
FSI: Genetics supplement Series雜志發(fā)表了一項(xiàng)研究，分析并報(bào)道了一次親子鑒定中發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)STR位點(diǎn)多步突變的現(xiàn)象1。在這一案例中，檢測(cè)結(jié)果顯示父母與孩子在D18S51位點(diǎn)出現(xiàn)不匹配。父母的基因分型分別為14/23和15/16；而孩子的基因分型為15/20。在進(jìn)一步的研究中，聯(lián)合使用了兩款試劑盒，共檢測(cè)39個(gè)位點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)其它不匹配情況，因此可以判定D18S51的不匹配來(lái)自于孩子基因突變。經(jīng)分析，研究人員認(rèn)為是孩子繼承自父親的等位基因23發(fā)生突變，缺失了3個(gè)重復(fù)單元。
如今，以STR檢測(cè)為基礎(chǔ)的親子鑒定技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。理論上來(lái)講，我們采用20余個(gè)STR位點(diǎn)就可以達(dá)到足夠的區(qū)分能力，實(shí)現(xiàn)親子鑒定。然而在實(shí)際工作中，出現(xiàn)了一個(gè)并不罕見(jiàn)的結(jié)果是：孩子與父母的基因分型僅在1到2個(gè)基因座上不匹配。此時(shí)，一個(gè)解決方案是增加檢測(cè)的STR位點(diǎn)數(shù)量，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算給出親權(quán)指數(shù)。例如增加到約40個(gè)STR位點(diǎn)，如果仍然只有1到2處不匹配，我們一般認(rèn)為這種不匹配是由于突變?cè)斐?。通常情況下，我們見(jiàn)到的這種突變都是“一步突變”。也就是說(shuō)，孩子發(fā)生突變的STR位點(diǎn)，相較于父母的只增加或減少一個(gè)重復(fù)單元。
在我們報(bào)道的這一案例中，研究人員使用了Microreader? 23sp 和 PowerPlex? 21 STR 試劑盒，共檢測(cè)39個(gè)不同STR位點(diǎn)。其中，只有D18S51這一個(gè)位點(diǎn)不符合孟德爾遺傳定律：父、母和孩子的基因分型分別為14/23、15/16和15/20。由于只有這一處不匹配，首先可以判定受測(cè)父母的確是孩子的親生父母，聯(lián)合親權(quán)指數(shù)為1.58 E +15。D18S51的不匹配來(lái)自于孩子的基因突變。這一案例的特殊之處在于，孩子的突變屬于“多步突變”，即孩子的等位基因相較于父母，增加或減少了多個(gè)重復(fù)單元。這種多步突變的發(fā)生概率很低，實(shí)際檢測(cè)中較為罕見(jiàn)。
為了證實(shí)孩子的確是發(fā)生了上述突變，研究人員分別克隆了父母和孩子的D18S51等位基因，并進(jìn)行了測(cè)序。測(cè)序結(jié)果顯示，父、母和孩子的該STR區(qū)域分別為[AGAA]14/[AGAA]23、[AGAA]15/[AGAA]16和[AGAA]15/[AGAA]20。測(cè)序結(jié)果進(jìn)一步支持了研究人員的判斷：不匹配來(lái)自于等位基因重復(fù)單元、重復(fù)次數(shù)的突變。由于突變步數(shù)越多，出現(xiàn)概率越低，研究人員認(rèn)為孩子的突變等位基因更有可能是來(lái)自于父親的等位基因23，并缺失了三個(gè)重復(fù)單元，由此變?yōu)榈任换?0。
從親子鑒定的角度來(lái)說(shuō)，這一案例就已經(jīng)完結(jié)了。然而，從STR突變的角度來(lái)說(shuō)，這里還有些有趣的內(nèi)容可以和大家來(lái)分享。我們可以先思考一個(gè)問(wèn)題：為什么在親子鑒定中，這種多步突變是十分罕見(jiàn)的呢？
我們首先要了解一下STR突變的機(jī)理。目前，大家最認(rèn)可的一種機(jī)理叫做復(fù)制滑移(Strand-Slippage Replication)。
如Fig 1，每一個(gè)深藍(lán)色橢圓形代表一個(gè)重復(fù)單元。由于STR區(qū)域是由多個(gè)重復(fù)序列組成的，DNA聚合酶在合成的時(shí)候，有可能發(fā)生錯(cuò)配，錯(cuò)過(guò)(或增加)一個(gè)(或多個(gè))重復(fù)單元，由此造成合成鏈的重復(fù)單元、重復(fù)次數(shù)與模板鏈不同。而錯(cuò)過(guò)(或增加)的重復(fù)單元就會(huì)形成如圖所示的一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由此得出一個(gè)推論：重復(fù)單元越長(zhǎng)，發(fā)生突變時(shí)DNA聚合酶要“錯(cuò)過(guò)”的堿基就越多，而出現(xiàn)的可能性也就越低；此外，“錯(cuò)過(guò)”的重復(fù)單元越多，可能性越低，同時(shí)也更有可能被DNA錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制修復(fù)。因此，重復(fù)單元長(zhǎng)的STR突變率低，相對(duì)地多步突變的突變率也低。這與我們的實(shí)際觀測(cè)是相符的。
對(duì)于商用STR檢測(cè)試劑盒來(lái)說(shuō)，我們希望結(jié)果盡可能的穩(wěn)定，減少Stutter峰的出現(xiàn)。因此，廠商選取的STR位點(diǎn)重復(fù)單元一般較長(zhǎng)。例如本案例中的D18S51，擁有4堿基重復(fù)單元。這種長(zhǎng)重復(fù)單元的情況下，復(fù)制滑移的難度很大。例如上述的三步突變，意味著DNA聚合酶發(fā)生了12個(gè)堿基的滑動(dòng)，這種情形是罕見(jiàn)的。此外，還有一種補(bǔ)充的STR突變理論指的是減數(shù)分裂期間發(fā)生了不對(duì)等的交換，使得等位基因長(zhǎng)度改變。在多步突變的情形中，人們往往綜合這一解釋與復(fù)制滑移，以更好地對(duì)應(yīng)觀測(cè)結(jié)果。
這一案例中，使用主流常規(guī)試劑盒發(fā)現(xiàn)1個(gè)位點(diǎn)違反遺傳學(xué)規(guī)律時(shí)，Microreader? 23sp ID System所提供的21個(gè)非CODIS位點(diǎn)信息，有效地幫助研究人員判定親權(quán)。全部23個(gè)位點(diǎn)分布與23對(duì)染色體，無(wú)遺傳連鎖效應(yīng)，且DP值均大于0.9。
