基于單核苷酸多態(tài)性的家系親緣關(guān)系鑒定研究.pdf

1、家系親緣關(guān)系的鑒定，是解決親緣關(guān)系糾紛、尋找災(zāi)難、犯罪受害者、戰(zhàn)爭(zhēng)陣亡人員的家屬工作的重要法醫(yī)學(xué)技術(shù)手段。家系親緣關(guān)系的身份鑒定技術(shù)通過(guò)檢測(cè)生物檢材樣本的DNA遺傳標(biāo)記位點(diǎn)，根據(jù)親緣參照個(gè)體的遺傳信息，以推斷未知個(gè)體同參照個(gè)體之間是否存在真實(shí)的家系親緣關(guān)系。在身份鑒定領(lǐng)域中，短串聯(lián)重復(fù)序列（short tandem repeat，STR）是應(yīng)用最為廣泛的一類遺傳標(biāo)記。目前最為常用的STR系統(tǒng)為聯(lián)合DNA索引系統(tǒng)CODIS，包含13個(gè)ST

2、R基因座。對(duì) STR基因座的鑒定，目前主要基于毛細(xì)管電泳技術(shù)，可對(duì)其等位基因的長(zhǎng)度多態(tài)性進(jìn)行分型檢測(cè)。在近一二十年的實(shí)際應(yīng)用中，這一成熟的檢測(cè)分析方法被作為金標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用于身份識(shí)別和親緣關(guān)系鑒定，取得了極大的成功。但基于STR基因座的鑒定也存在一些技術(shù)上的不足，如存在等位基因缺失、微變異峰、三等位基因等現(xiàn)象，在一定程度上增加了身份鑒定的分析難度并降低了準(zhǔn)確度。另一方面，由于毛細(xì)管電泳技術(shù)對(duì)復(fù)合系統(tǒng)的遺傳標(biāo)記位點(diǎn)個(gè)數(shù)存在檢測(cè)的上限，因此僅能

3、實(shí)現(xiàn)對(duì)少數(shù)血統(tǒng)較近的家系親緣關(guān)系進(jìn)行鑒定，如親子關(guān)系和全同胞關(guān)系。但是，在實(shí)際應(yīng)用中亦存在對(duì)其他血統(tǒng)更遠(yuǎn)、更加復(fù)雜的家系親緣關(guān)系鑒定的需要，而目前基于毛細(xì)管電泳 STR基因座復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)手段遠(yuǎn)不能滿足這些需要。最后，由于STR基因座的序列長(zhǎng)度較長(zhǎng)（100-400堿基），故對(duì)對(duì)應(yīng)的PCR擴(kuò)增子的長(zhǎng)度亦要求較長(zhǎng)，而這對(duì)于法醫(yī)學(xué)常遇到的陳舊、腐爛樣本的適用性，有一定的影響。
　　單核苷酸多態(tài)性（single nucleotid

4、e polymorphism，SNP）是一類新型的遺傳標(biāo)記位點(diǎn)，發(fā)展時(shí)間較短。相對(duì)于一個(gè)STR基因座可以有很多的分型，SNP位點(diǎn)一般只有兩種多態(tài)性，故SNP單個(gè)位點(diǎn)的鑒定效力遠(yuǎn)低于STR基因座。但是， SNP在其一些方面卻相對(duì)于STR有明顯的優(yōu)勢(shì)，包括備選SNP位點(diǎn)的數(shù)量極大、減數(shù)分裂中的遺傳突變率極低、對(duì)高度降解的疑難樣本適用性更廣等等。另一方面，高通量測(cè)序技術(shù)（next-generation sequencing，NGS）和多重?cái)U(kuò)增

5、技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及也為應(yīng)用大量 SNP位點(diǎn)進(jìn)行家系親緣關(guān)系的身份鑒定提供了可能。在先前的研究中，SNP位點(diǎn)作為STR基因座的補(bǔ)充，在親子關(guān)系鑒定中的表現(xiàn)已經(jīng)有所報(bào)道，但是在其他親緣關(guān)系條件下的系統(tǒng)效能仍有待進(jìn)一步研究。
　　因此，在本研究中，我們對(duì)基于 SNP身份識(shí)別位點(diǎn)，在多種親緣關(guān)系中進(jìn)行實(shí)際測(cè)試和評(píng)估，并通過(guò)大規(guī)模模擬計(jì)算，計(jì)算不同數(shù)目的SNP位點(diǎn)集在各種親緣關(guān)系中的鑒定效力，并提出了一個(gè)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。
　　首先，我

6、們將基于似然率的親緣關(guān)系鑒定模型應(yīng)用于 SNP位點(diǎn)。對(duì)于身份鑒定領(lǐng)域中廣泛采用的似然率指標(biāo)，目前存在幾種不同的計(jì)算方法。為了滿足科學(xué)研究中的需要，本文基于其中一種Elston-Stewart算法的迭代模型，完成了似然率算法的程序化的實(shí)現(xiàn)。與其他似然率計(jì)算方法相比，本文實(shí)現(xiàn)的似然率計(jì)算程序適用性更廣，可分別對(duì)STR基因座與SNP位點(diǎn)兩種遺傳標(biāo)記進(jìn)行似然率計(jì)算，并且適用于實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的各種家系親緣關(guān)系。同時(shí)，本文對(duì)目前似然率計(jì)算中 S

7、TR基因座的突變模型進(jìn)行了修正和完善，將其對(duì)各種等位基因遺傳過(guò)程中的復(fù)雜分類情況進(jìn)行系統(tǒng)的整合，得到的修正模型更加完備和統(tǒng)一。
　　然后，我們對(duì)真實(shí)家系樣本進(jìn)行了 SNP位點(diǎn)分型的似然率結(jié)果研究。通過(guò)收集27例真實(shí)家系和無(wú)關(guān)個(gè)體樣本，利用NGS技術(shù)對(duì)其90個(gè)常染色體SNP位點(diǎn)進(jìn)行分型.我們計(jì)算了涉及到的7種常見親緣關(guān)系類型下的似然率結(jié)果，比較了真實(shí)親屬和無(wú)關(guān)對(duì)照的似然率分布。研究結(jié)果表明，由90個(gè)SNP位點(diǎn)組成的該復(fù)合系統(tǒng)在一些血

8、統(tǒng)較近的家系親緣關(guān)系，如親子關(guān)系和同胞關(guān)系，表現(xiàn)出了足以滿足實(shí)際鑒定需要的鑒定效力。對(duì)于其他血統(tǒng)更遠(yuǎn)的親緣關(guān)系，如叔侄關(guān)系和堂兄弟關(guān)系等，則仍有必要在目前復(fù)合系統(tǒng)的基礎(chǔ)上額外補(bǔ)充一定數(shù)量的SNP位點(diǎn)。
　　為了進(jìn)一步對(duì)遺傳標(biāo)記的系統(tǒng)效能進(jìn)行準(zhǔn)確的量化評(píng)估，本研究給出了一項(xiàng)全新指標(biāo)——誤檢水平（false testing level，F(xiàn)TL），定義為在一給定親緣關(guān)系下，真實(shí)親屬和非親屬對(duì)象似然率理論分布的重合程度。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)

9、不同數(shù)量的遺傳標(biāo)記位點(diǎn)在各個(gè)家系親緣關(guān)系下的系統(tǒng)效能變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的探討。模擬分析的結(jié)果表明，在給定家系親緣關(guān)系的條件下，誤檢水平 FTL與復(fù)合系統(tǒng)中的遺傳標(biāo)記位點(diǎn)數(shù)存在指數(shù)遞減的關(guān)系。為了達(dá)到0.1％的FTL水平（親子鑒定中15個(gè)STR位點(diǎn)的系統(tǒng)效能），對(duì)于常見的家系親緣關(guān)系如親子關(guān)系、同胞關(guān)系、叔侄/半同胞關(guān)系和堂兄弟關(guān)系，則分別需要85、127、491和1,858個(gè)SNP位點(diǎn)。
　　根據(jù)此估計(jì)，目前發(fā)表的身份識(shí)別 SNP

10、位點(diǎn)數(shù)目還不能滿足較遠(yuǎn)親緣關(guān)系的鑒定。為解決對(duì)血統(tǒng)更遠(yuǎn)的家系親緣關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定這一目前的技術(shù)難題，我們結(jié)合目前的大規(guī)模人類基因組個(gè)體數(shù)據(jù)資源（全基因組關(guān)聯(lián)分析 GWAS、1000Genome計(jì)劃等），建立了一套結(jié)合遺傳學(xué)模型參數(shù)的篩選流程。經(jīng)過(guò)計(jì)算，本文從理論上全新設(shè)計(jì)構(gòu)建了一套包含482個(gè)SNP位點(diǎn)的復(fù)合系統(tǒng)，其中包括363個(gè)全新的身份鑒定的常染色體SNP位點(diǎn)。
　　本文對(duì)基于身份識(shí)別 SNP位點(diǎn)的家系親緣關(guān)系鑒定進(jìn)行了系統(tǒng)性