Y-STR基因座是Y染色体上的短串联重复序列, 具有男性特有、父系遗传的特点。Manfred K [1]和Erin K [2] 等的研究表明, 在Y染色体上存在有400余个STR基因座, 考虑到等位基因多态性以及是否位于Y染色体的非重组区(Non-recombination Y, NRY)等因素, 具有法医学应用价值的Y-STR大约有140个。通常, 来源于同一父系的男性个体具有相同的Y-STR单倍型, 但是Y-STR的突变会导致单倍型中部分基因座分型不一致, 因此, 突变率是解读Y-STR检验数据的重要依据[3]。目前被广泛应用的17个Y Filer Y-STR基因座的平均突变率在2 ‰ ~3 ‰ 左右[4], Ballantyne K等[5]集中调查了186个Y-STR基因座的突变率, 发现DYF387S1、DYS399S1、DYF403S1、DYF404S1、DYS449、DYS518、DYS526b、DYS547、DYS570、DYS576、DYS612、DYS626、DYS627等13个基因座的突变率（11.9 ‰ ~77.3 ‰ ）明显高于其他基因座(图1), 故将其称为快速突变Y-STRs（Rapid-Mutating Y-STRs, RM Y-STRs）基因座。由于高突变率的特点, RM Y-STRs在区分不同家系时比普通Y-STR具有更高的识别力, 甚至在同一家系的不同男性个体中也表现出较大差异, Ballantyne K[6]等认为这为利用Y-STR检验进行男性个体识别提供了可能。

目前为止, RM Y-STRs包含13个Y-STR基因座, 其突变率均在10 ‰ 以上, 最高的是DYS399S1, 达到了77.3 ‰ 。就重复单位的结构而言, 除DYF404S1、DYS570、DYS576外, 其余10个RM Y-STR基因座的核心结构比较复杂, 且重复次数较多。另外, DYF387S1、DYS399S1、DYF403S1、DYF404S1、DYS526等5个基因座属于多拷贝基因座（表1）。研究表明[7], 影响Y-STR突变率的因素包括重复基序的结构、长短、碱基组成、重复次数、父亲年龄等。对不同的Y-STR而言, 重复基序结构越复杂、长度越短、重复次数越多, 突变率就越高。比如, DYS526a的重复结构为简单四碱基重复序列(CCTT), 重复次数较少（10~14）, 突变率仅为2.72 ‰ , 远低于重复序列更为复杂、重复次数更多的DYS526b 的12.5 ‰ [5]。对同一Y-STR而言, 随父亲年龄的增大其发生突变的概率也越大, 另外, 在不同人群中相同Y-STR基因座的突变率也存在差异。大多数RM Y-STRs基因座重复单位的结构非常复杂、重复次数较多, 这也许是其具有高突变率的原因。

RM Y-STRs区别于其他Y-STR基因座的最大特点是其具有10 ‰ 以上的突变率, Ballantyne K等[5]研究了德国和波兰人群的186个Y-STR基因座的突变率, 在2000余对父子中共发现了924次突变事件, 其中仅13个RM Y-STR便贡献了462次（50 %）, 突变率在11.9 ‰ （DYF403S1b）至77.3 ‰ （DYS399S1）间, 远高于其他基因座。目前, RM Y-STRs的研究数据绝大部分来源于国外人群, 在中国人群中这些Y-STR是否具有高度多态性和高突变率的特点仍有待于研究确认。吴微微等[10]调查了中国汉族人群46个Y-STR基因座的突变率, 发现DYS449、DYS518、DYS570、DYS576、DYS627等5个RM Y-STR的突变率分别为10.7 %、8.9 ‰ 、11.6 ‰ 、9.8 ‰ 、19.6 ‰ , 而DYF387S1的突变率仅为5.3 ‰ 。Wang等[11, 12]的研究表明, 在7个RM Y-STR中, DYS518、DYS576、DYS627的突变率分别为13.6 ‰ 、17.4 ‰ 、10.6 ‰ , DYF387S1、DYS449、DYS570则分别为4.8 ‰ 、5.8 ‰ 、5.8 ‰ 。孙凯臻等[13]的研究则表明DYS449的突变率仅为2.5 ‰ , DYS570的突变率为3.75 ‰ , 而在朝鲜族人群中DYF387S1的突变率仅为2.8 ‰ [14], 这表明在不同人群中RM Y-STRs的突变率确实存在差异, 如上述关于亚洲人群的研究中均发现DYF387S1基因座的突变率与其他常用Y-STR基因座的突变率并无明显差异。因此, 基于中国人群的RM Y-STRs的等位基因频率、突变率等基础数据仍有待于进一步积累和完善。另外, Zhang 等发现[9, 15], 在汉族人群中DYF403S1等多个RM Y-STR基因座的重复区域的核心结构不同于Ballantyne K等人的报道[8], 并对等位基因的命名方法进行了细致的探讨。

Y-STR单倍型是否在人群中具有足够的多样性(Haplotype Diversity)一直受到关注, 目前常用的17个Y Filer STR的单倍型在绝大多数人群中具有较高的识别力, 但是在少数群体中识别力不足[16]。选取等位基因多态性高的Y-STR基因座和/或增加Y-STR基因座数量可以达到提高家系区分能力的目的。Erin K等[17]在65个Y-STR中筛选得到了14个UHD（Ultra-High Discrimination）Y-STR基因座, 与17个Y Filer基因座联合使用可以使无关男性个体的单倍型多样性达到100 %。在等位基因多态性方面, 对多个人群的研究均表明, DYS449、DYS518、DYS570、DYS576、DYS387S1、DYS627等6个RM Y-STR明显高于其他Y-STR基因座[6, 12, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25], 这说明RM Y-STRs单倍型同样具有高度的多样性, 在区分家系的能力上要优于常用的Y-STR单倍型。Ballantyne等[6]对全球111个民族共计12 272名无关男性个体进行了研究, 共发现了12 156种RM Y-STR单倍型, 总体单倍型多样性达到了0.999 998 5, 在67个民族中单倍型多样性达到了1.0; 对另外7784名男性个体则发现了7714种RM Y-STR单倍型, 单倍型多样性达到0.999 997, 而Y Filer 单倍型仅有6975种, 单倍型多样性为 0.999 95。C Robino等[18]在1509名意大利男性个体中发现了1501种单倍型; Antoinette A等[19]在2085名德国男性个体中发现了1826种Y Filer单倍型, 2004种PPY23单倍型和2068种RM Y-STR 单倍型, RM Y-STRs分型体系对家系的区分能力明显大于另外两种分型体系; Zhang等[9]在252名汉族男性个体中发现了 250 种RM Y-STR 单倍型, 单倍型多样性为0.999 937, 家系区分度达到了99.21 %; 马立宇等[26]在100名云南白族男性个体中发现了100种RM Y-STR单倍型, 区分度达到了100 %。

由于RM Y-STR的高突变率, RM Y-STR单倍型在遗传过程中变化较大, 特别是经多代遗传后, RM Y-STRs单倍型保持稳定的可能性很小, 理论上, 在父子之间（一次传递）13个RM Y-STR全部保持不变的可能性只有80 %[6], 随着遗传距离的增加, 家族内的男性个体具有相同的RM Y-STRs单倍型的可能性急剧下降。Ballantyne等[6]对2378对父子的研究表明, 使用13个RM Y-STR, 可以区分26.9 %的父子对（至少一个RM Y-STR分型不一致）; 对80对同胞兄弟的研究表明, RM Y-STRs单倍型可以区分56.3 %的同胞兄弟, 亲缘关系上相隔5代以上的男性个体的区分率接近100 %, 而17个YFiler基因座只能区分4.5 %的父子对、10 %的同胞兄弟; Stefania T [27]的研究则表明, 13个RM Y-STR可以区分52.8 %的同胞兄弟、73.7 %的叔侄, 相隔5到7代的男性个体的区分率为80 %~100 %。Robino等[18]发现在意大利人群中, RM Y-STRs单倍型可以区分20.1 %的父子对。

目前, 部分Y-STR试剂盒已经引入了RM Y-STRs基因座（Yfiler® Plus复合扩增体系中含有DYS449、DYS518、DYS570、DYS576、DYS387S1、DYS627等6个RM Y-STR, PowerPlex® Y23复合扩增体系中含有DYS570、DYS576等2个RM Y-STR）。可以预见, RM Y-STR的应用会使发现突变的案例更为常见, 突变的数量也会增加。刘亚举等[28]发现, 对于Yfiler® Plus 25个基因座的分型体系, 五对父子间均有2~3个突变基因座, 且突变基因座主要集中于RM Y-STRs。因此, RM Y-STRs是否适用于亲权关系鉴定仍有待商榷[29]。一般认为, 对于17个Y Filer STR基因座, 有3个及以上Y-STR不一致就可以排除父子关系[30], 然而, Goedbloed等[31]和Jianye G等[32]均发现在父子对中存在3个Y-STR基因座突变的极端情况, 因而对这一排除标准形成了挑战。现在Y-STR复合扩增体系已包含有更多的基因座, 加上RM Y-STRs的引入, 亟需对传统的认识进行修正。Ballantyne等提出[6], 新的排除标准需要综合考虑突变的具体情况, 比如检验的基因座的数量、突变的数量、突变步数、突变位点是否属于RM Y-STR基因座等。由于Y-STR突变现象的存在, 单倍型不一致的样本仍有可能来源于同一家系, 故几个基因座不一致就可以排除嫌疑家系仍有争议。宋振等[33]在家系排查中发现, 现场物证的Yfiler® Plus单倍型与嫌疑家系中的主流单倍型存在3个基因座的差异, 然而最终证实嫌疑人确实来源于此家系。由此可见, 在家系排查做出排除结论时要异常谨慎。Liu等[34]对河南省Y-STR数据库中的家系数据进行了分析, 提出对于Yfiler单倍型, 不超过2个基因座不一致（累计突变步数不大于2步）提示两名个体来源于同一家系的可能性非常大, 对于Yfiler® Plus单倍型, 这一标准为不超过4个基因座不一致（累计突变步数不大于5步）, 可以预见, 这一结论将有助于更好地开展父系亲缘关系鉴定和家系排查工作。

另外, 虽然部分重复序列结构简单、等位基因容易区分的RM Y-STR基因座已经包含在部分商业化试剂盒中, 但其余RM Y-STR在应用方面仍面临技术上的障碍：1)扩增子较长, 针对降解DNA样本难以保证扩增成功率, 比如DYF403S1b的扩增子长度可达500bp; 2)部分RM Y-STRs为双或三拷贝Y-STR, 少部分个体在某些RM Y-STR基因座甚至表现出4或5个拷贝, 导致DNA样本的分型难度增加, 混合Y-STR图谱判读更加困难; 3)DYS399S1等基因座的影子带比例过大, 其峰面积竟占到真正等位基因的20 %左右[35]; 4)重复区的核心序列复杂, 经常出现.1.2.3等命名的等位基因, 因而对毛细管电泳的区分度要求更高, 并增加构建Ladder和判读分型的难度。

RM Y-STRs的出现为Y-STR的法医学应用提供了新的思路, 特别是其具备较强的识别近亲男性个体的能力, 这在进一步细化区分亲缘关系上具有重要的应用价值[36], 在案件检验方面, RM Y-STRs可以应用在疑有男性亲属或家族内部的男性共同涉案的案件检验中。对于男女混合斑, 检验RM Y-STRs单倍型比传统Y-STR单倍型会提供更高的识别力; 另一方面, RM Y-STRs高突变率的特点会导致在同一家系中RM Y-STR单倍型差异较大, 对此在父系关系鉴定和家系排查工作中要引起足够的重视。

The authors have declared that no competing interests exist.