用于亲缘关系鉴定的SNP遗传标记位点筛选和Y-STR位点对家系排查的影响

发布时间：2020-06-17 10:17

【摘要】：法医遗传学是指将遗传学的原理、方法和技术应用于法医领域解决相关问题。当研究对象是人类检材时,法医遗传学最主要的应用是个体身份识别和亲缘关系鉴定,其原理是利用人类基因组中具有多态性的遗传标记位点,判断两份或多份检材是否来自于同一个体或存在某种亲缘关系。个体身份识别和亲缘关系鉴定在军事、司法等领域中发挥着不可或缺的作用,包括用于战争或大规模灾害的受害者识别、失踪人口或嫌疑人搜索、解决亲缘关系纠纷等。目前,利用现有的法医短串联重复序列(Short Tandem Repeat,STR)标记位点,已经可以置信地实现个体身份识别和亲子鉴定。但是,对更复杂的亲缘关系进行鉴定,如二阶亲属(祖孙、叔侄、半同胞)等,目前在法医遗传学领域还没有完全解决。然而此类鉴定工作具有极大的应用前景,比如,对于年代比较久远的烈士遗骸,可能难以寻找其直系亲属,但将旁系亲属纳入鉴定对象则可提高认亲成功的概率;同样在司法领域,可提高对嫌疑人的搜索能力。目前,复杂亲缘关系主要有两种技术策略,这两种策略相辅相成,可共同发挥作用。(1)基于遗传标志位点进行一对一或多对一的复杂亲缘关系鉴定。但是,目前法医使用的STR位点数目有限,并不能满足二阶亲缘关系鉴定的需要。单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)位点是一类很有潜力的新型遗传标志位点,但仍存在数目不足、效力不够的问题。(2)通过父系Y染色体的遗传标记位点或母系的线粒体遗传标记位点,寻找被检个体的家系,即家系排查,经常使用于司法领域,但在实际操作过程中没有统一的标准,对结果存在的第一类和第二类错误的概率也没有进行系统的评估。本工作针对这两种技术策略存在的问题,进行了一定的探索,提出了可供参考和实用的研究结果。本文第一项工作建立了一套适用于二阶亲缘关系鉴定的SN P位点系统,命名为SNP2kin(SNP panel for 2nd-degree kinship testing),所选取的位点均来自于常染色体,可实现与性别无关的一对一鉴定,是目前法医常用S TR位点的良好补充。为了挑选合适的位点,本研究将千人基因组计划中人类现发现的约8000万个SNP位点,通过本工作建立的筛选流程,包括设定群体遗传学、基因组学以及实验有效性等标准,得到了341个未被应用于亲缘关系鉴定的常染色体SNP位点。结合目前成熟的SNP鉴定系统所包含的131个位点,构成了含有472个位点的SNP2kin系统。基于多重扩增的方法,本研究定制了SNP2kin靶向测序试剂盒,并使用SNP2kin位点系统,借助于高通量测序和生物信息学技术进行复杂亲缘关系鉴定。本研究对136个个体进行测序,其中包括59对二阶亲属,然后考虑位点连锁的影响,计算出所有个体之间的亲缘关系鉴定似然比。结果表明,SNP2kin位点系统在二阶亲缘关系鉴定中达到了99.9%的特异性和100%的敏感性,远远超过了法医常用的19个STR位点、SNPfor ID以及IISNP系统的效力。此外,将SNP2kin系统和19个法医STR系统联合使用,实现了二阶亲缘关系鉴定100%的特异性和敏感性,具有较高的实际应用前景。本文的第二项工作,关注家系排查使用的Y-STR位点。相对于母系标记位点,父系位点已建成的数据库更广泛。目前全国多个省市、地区,已经建立了一定规模的Y-STR数据库。不同于亲缘关系鉴定,用于家系排查的Y-STR位点数目并不是越多越好,因为STR位点存在很高的突变率(比SNP高1e4-1e5倍),位点过多将导致分型中具有突变位点的概率增大,影响排查结果。所以,确定最优的YSTR家系排查参数,主要包括合适的位点数目和允许的错配数,是十分必要的。本研究的数据集截取于河南省Y-STR数据库,对其进行了大规模的模拟家系排查操作:考虑四种常见Y-STR位点组合和存在发生突变或缺失的情况,设定不同的允许错配数的标准,在数据库中查询,然后统计排查结果的漏检率(目标家系不在结果中的概率)以及结果人数分布。最终,本研究认为使用25个位点,允许错配数为3时,家系排查的漏检率为0.00074%,返回结果小于5人的概率为99.70%,可以得到比较理想的家系排查结果。总的说来,本文从开发常染色体的新型SNP标记位点和评估家系排查参数两个方面对复杂亲缘关系鉴定进行了研究,提出了一个新的可用于二阶亲缘关系鉴定的SNP系统——SNP2kin,并提出了基于Y-STR家系排查的参考标准。上述工作对法医遗传学的相关研究和实际应用均具有一定的价值。
【学位授予单位】：军事科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：D919.1
【图文】：

示意图,亲缘关系鉴定,等位基因,示意图

为 pq（考虑继承来源情况的话，可能的基因型为 pq 或者 q默认第一位的等位基因来自母系，第二位的等位基因来自父为 rs（有序基因型为 rs 和 sr），母亲的基因型未知。建立假设（图 0.1），原假设 H0：个体 AF（Alleged Father父亲；备择假设 H1：个体 AF 与孩子 C 无关。

流程图,流程图,人基因组,位点

据图中边的权重递减排序的程度，将 SNP 节点依次排除，直到 SNP 中没有 r2≥0.01 的 LD。6) 实验验证：保留下来的 SNP 和千人基因组计划包含的个体识别 SNP（134个位点）构成一套位点集合。在复合 PCR 扩增以及分型过程中，若该位点在大于等于 20%的样本中被成功地设计引物、扩增、测序，才能保留在 SNP2kin 中。实验技术的细节将在“SNP 的多重扩增和测序部分”中有描述。

【参考文献】