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、尋找災難、犯罪受害者、戰(zhàn)爭陣亡人員的家屬工作的重要法醫(yī)學技術(shù)手段。家系親緣關(guān)系的身份鑒定技術(shù)通過檢測生物檢材樣本的DNA遺傳標記位點，根據(jù)親緣參照個體的遺傳信息，以推斷未知個體同參照個體之間是否存在真實的家系親緣關(guān)系。在身份鑒定領(lǐng)域中，短串聯(lián)重復序列（short tandem repeat，STR）是應用最為廣泛的一類遺傳標記。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ST

2、R基因座。對 STR基因座的鑒定，目前主要基于毛細管電泳技術(shù)，可對其等位基因的長度多態(tài)性進行分型檢測。在近一二十年的實際應用中，這一成熟的檢測分析方法被作為金標準，運用于身份識別和親緣關(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確度。另一方面，由于毛細管電泳技術(shù)對復合系統(tǒng)的遺傳標記位點個數(shù)存在檢測的上限，因此僅能

3、實現(xiàn)對少數(shù)血統(tǒng)較近的家系親緣關(guān)系進行鑒定，如親子關(guān)系和全同胞關(guān)系。但是，在實際應用中亦存在對其他血統(tǒng)更遠、更加復雜的家系親緣關(guān)系鑒定的需要，而目前基于毛細管電泳 STR基因座復合系統(tǒng)進行檢測的技術(shù)手段遠不能滿足這些需要。最后，由于STR基因座的序列長度較長（100-400堿基），故對對應的PCR擴增子的長度亦要求較長，而這對于法醫(yī)學常遇到的陳舊、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記位點，發(fā)展時間較短。相對于一個STR基因座可以有很多的分型，SNP位點一般只有兩種多態(tài)性，故SNP單個位點的鑒定效力遠低于STR基因座。但是， SNP在其一些方面卻相對于STR有明顯的優(yōu)勢，包括備選SNP位點的數(shù)量極大、減數(shù)分裂中的遺傳突變率極低、對高度降解的疑難樣本適用性更廣等等。另一方面，高通量測序技術(shù)（next-generation sequencing，NGS）和多重擴增

5、技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及也為應用大量 SNP位點進行家系親緣關(guān)系的身份鑒定提供了可能。在先前的研究中，SNP位點作為STR基因座的補充，在親子關(guān)系鑒定中的表現(xiàn)已經(jīng)有所報道，但是在其他親緣關(guān)系條件下的系統(tǒng)效能仍有待進一步研究。
　　因此，在本研究中，我們對基于 SNP身份識別位點，在多種親緣關(guān)系中進行實際測試和評估，并通過大規(guī)模模擬計算，計算不同數(shù)目的SNP位點集在各種親緣關(guān)系中的鑒定效力，并提出了一個定量評價指標。
　　首先，我

6、們將基于似然率的親緣關(guān)系鑒定模型應用于 SNP位點。對于身份鑒定領(lǐng)域中廣泛采用的似然率指標，目前存在幾種不同的計算方法。為了滿足科學研究中的需要，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現(xiàn)。與其他似然率計算方法相比，本文實現(xiàn)的似然率計算程序適用性更廣，可分別對STR基因座與SNP位點兩種遺傳標記進行似然率計算，并且適用于實際應用中可能遇到的各種家系親緣關(guān)系。同時，本文對目前似然率計算中 S

7、TR基因座的突變模型進行了修正和完善，將其對各種等位基因遺傳過程中的復雜分類情況進行系統(tǒng)的整合，得到的修正模型更加完備和統(tǒng)一。
　　然后，我們對真實家系樣本進行了 SNP位點分型的似然率結(jié)果研究。通過收集27例真實家系和無關(guān)個體樣本，利用NGS技術(shù)對其90個常染色體SNP位點進行分型.我們計算了涉及到的7種常見親緣關(guān)系類型下的似然率結(jié)果，比較了真實親屬和無關(guān)對照的似然率分布。研究結(jié)果表明，由90個SNP位點組成的該復合系統(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)出了足以滿足實際鑒定需要的鑒定效力。對于其他血統(tǒng)更遠的親緣關(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合系統(tǒng)的基礎(chǔ)上額外補充一定數(shù)量的SNP位點。
　　為了進一步對遺傳標記的系統(tǒng)效能進行準確的量化評估，本研究給出了一項全新指標——誤檢水平（false testing level，F(xiàn)TL），定義為在一給定親緣關(guān)系下，真實親屬和非親屬對象似然率理論分布的重合程度。在此基礎(chǔ)上，本文對

9、不同數(shù)量的遺傳標記位點在各個家系親緣關(guān)系下的系統(tǒng)效能變化規(guī)律進行了詳細的探討。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與復合系統(tǒng)中的遺傳標記位點數(shù)存在指數(shù)遞減的關(guān)系。為了達到0.1％的FTL水平（親子鑒定中15個STR位點的系統(tǒng)效能），對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SNP位點。
　　根據(jù)此估計，目前發(fā)表的身份識別 SNP

10、位點數(shù)目還不能滿足較遠親緣關(guān)系的鑒定。為解決對血統(tǒng)更遠的家系親緣關(guān)系進行準確鑒定這一目前的技術(shù)難題，我們結(jié)合目前的大規(guī)模人類基因組個體數(shù)據(jù)資源（全基因組關(guān)聯(lián)分析 GWAS、1000Genome計劃等），建立了一套結(jié)合遺傳學模型參數(shù)的篩選流程。經(jīng)過計算，本文從理論上全新設(shè)計構(gòu)建了一套包含482個SNP位點的復合系統(tǒng)，其中包括363個全新的身份鑒定的常染色體SNP位點。
　　本文對基于身份識別 SNP位點的家系親緣關(guān)系鑒定進行了系統(tǒng)性