二代测序技术及其在法医遗传学中的应用

从DNA指纹图谱到STR复合扩增检验,30年来法医DNA工作者目睹着技术的深刻变革以及在此推动下案件侦查模式的巨大转变。自从二代测序技术问世以来,遗传学的研究方式已发生了巨大转变。但是相比其在癌症和遗传病诊断、基因组从头测序和重测序、转录组重测序、药物研制等领域的应用,二代测序在法庭科学领域的应用尚处于起步阶段。本文介绍二代测序的基本概念、发展历史和工作原理,综述了二代测序技术在STR分型、SNP分型、线粒体全基因组测序等几个重点领域近两年的最近动态,最后结合二代测序在法庭科学领域的应用展望提出可能遇到的挑战,希冀对相关研究和实践提供参考。

微流控技术在法医DNA快速检验方面的应用

微流控芯片技术因其微型化、自动化、高通量、集成化、快速等优势使得实验室研究产生革命性的变化,并在生物化学、医学等诸多领域得到广泛应用,但目前还没有基于微流控芯片技术的国产全集成自动化DNA分析仪。该文总结微流控技术在DNA提取、PCR扩增、电泳分离等DNA检验流程方面的研究现状与进展,尤其是在法医DNA快速检验方面的研究进展,同时介绍国内外全集成式DNA分析的研究状况。全集成与功能化是目前微流控技术研究的主流方向。未来,以微流控芯片为主导的全自动、便携式、集成化的DNA分析系统,将使得法医DNA检验从实验室走进案件现场甚至日常生活,实现真正的快速即时检验。

法医SNP系谱推断技术破获古汉墓被盗案1例

1案例1.1简要案情和前期检验2016年3月,山西某镇古汉墓被盗,现场提取嫌疑人遗留烟蒂1枚,检出嫌疑人常染色体STR分型,但未比中人员。由于当地当时未建立男性家族排查库,故未对Y-STR分型进行检验。2020年7月,检验烟蒂获得Y-STR分型,录入男性家族排查系统,比中案发地附近刘姓、马姓等8个家系共计17人(其中3人分型一致,3人有2个位点分型不一致,11人有3个位点分型不一致)。检验男性家族排查库中人员血样的常染色体STR,与嫌疑人未比中,故使用法医SNP系谱推断技术对家系进行排查。

法医系谱分析研究进展

法医系谱分析是通过全基因组SNP数据计算两两个体的共祖片段长度,进而预测父系和母系的多级亲缘关系的技术。美国警方使用该技术破获了40多年前的金州杀手案,被《科学》杂志评为2018年全球十大科学突破之一。相比传统法医STR家系搜索和亲缘关系比对技术,该技术搜索的家族范围更广,故其迅速成为了案件侦查尤其是疑难案件侦破的重要手段。本文综述了共祖片段系谱分析技术原理和国内外研究现状,并探讨了该技术未来的研究重点,以期加速国内领域对该技术的研究,推进该技术在刑事侦查、司法鉴定中的应用。

单细胞分离检验技术在法医学中的应用研究

法医单细胞分离检验技术是微量混合DNA样本检验最有效的方法之一。常规的单细胞分离检验技术包括单细胞分离、单细胞裂解、PCR扩增、数据分析。本文将详细介绍单细胞分离检验技术原理和应用进展,同时展望了单细胞测序在法医DNA的应用前景。近5年来,单细胞分离、全基因组扩增和二代测序技术的结合而产生的单细胞测序技术,将为法医遗传学检测提供一种全新的技术和思路,尤其为微量混合生物样品检验提供全新的技术手段。

法医SNP系谱推断技术助破14年久冷案

男性家族排查是目前法医DNA办案工作中的重要手段,但是同一父系几或十数代男性的Y-STR基因分型可能都相近甚至一致,若在全国范围内很可能比中不同地区的多个家系,当无法甄别所有比中家系与嫌疑人的亲缘关系远近时,办案单位就很难确定重点调查家系,而全部摸排则费时耗力。近期,公安部物证鉴定中心研发出了法医SNP系谱推断技术,通过检测和分析全基因组数据,可预测父系和母系的1~7级亲缘关系(高祖至玄孙,即五服),且能分析关系远近。将该技术与族群分析运用于一起长达14年未破的强奸杀人案,帮助办案单位确定了嫌疑人的地域来源、所在家系等信息,为案件的侦破提供了关键技术支撑。

49AISNP:东亚北方三个族群遗传来源推断

样本的族群来源推断在法医调查中可发挥重要作用,一个理想的推断体系是用一组较少的遗传标记实现较高的族群推断准确性。本研究调研搜集了区分东亚北方三个族群北方汉族、日本人和韩国人的428个祖先信息SNP(ancestry informative SNP,AISNP),获取了其在三个族群307份样本中的分型,通过位点Fst值及等位基因频率聚类等信息进一步精简位点,最终得到了一组49AISNP组合。基于307份样本利用留一法对49AISNP进行推断准确性验证,结果表明其在北方汉族、日本和韩国族群中的推断准确性均高于99%。49AISNP组合将有助于东亚地区亚族群的进一步区分。

线粒体全基因组测序在法医学中的应用

线粒体DNA检测是法医DNA检验的重要手段之一。随着分子生物学和计算机技术的发展,二代测序技术的出现,使得线粒体DNA检测从传统的部分测序进入到全基因组测序时代。相对于部分测序,线粒体全基因组测序能够提供更全面的序列信息,提高线粒体DNA检测的识别率;同时也能够通过对全基因组信息的深入分析,获得样本来源信息。本文介绍了经典以及新出现的线粒体DNA测序策略,简述了各种测序策略的优缺点,在此基础上重点介绍了线粒体全基因组测序在法医遗传学、线粒体相关疾病、衰老机制等方面的研究和应用,最后探讨了线粒体全基因组序列分析在法医遗传学实践中应用的可能性以及可能面临的一些问题。

物证袋保存生物检材产生DNA转移问题研究

目的生物物证在运送至实验室检验时会保存在专用的物证袋中,物证袋转移的DNA越少越有利于检材的检验,本文研究两种物证袋在保存不同种类物证时是否发生DNA二次转移以及其转移率的差别。方法制备样本,模拟密封的塑料物证袋和纸质物证袋提取物证的过程,分别使用常规程序对物证袋和物证进行DNA提取、定量和扩增,并对各项结果进行分析和讨论。实验中使用了3种微量接触类样本和4种非微量接触类样本,样本制备完成后由工作人员通过行走等模拟样本的运输过程,样本直接剪碎进行DNA提取,而物证袋使用两步擦拭法进行前处理后再进行DNA提取。最终使用转移率来比较DNA转移情况。结果实验观察到100%的样本发生DNA转移,其DNA转移率平均为22.06%。纸质物证袋和塑料物证袋的转移率有差别(P=0.023),纸质物证袋和塑料物证袋的转移率分别为26.27%和17.85%,结论使用物证袋保存物证的过程中,会发生DNA转移造成潜在的DNA丢失,其转移率在不同类型的物证袋和不同类型的样本之间存在差别,并最终将会对分型结果产生影响。总体上微量接触类样本的转移率高于非微量接触类样本,纸质物证袋的转移率高于塑料物证袋。

微流控芯片电泳及其法医学应用

在光学性能良好的Brofloat玻璃电泳芯片上,利用自行搭建的共聚焦激光诱导荧光检测系统,通过对芯片管道表面修饰、筛分介质、分离电场强度、进样方式、电泳温度、进样时间等条件的优化,对含15个STR基因座的法医DNA样品进行电泳分离测试实验.通过对芯片电泳条件优化获得了本电泳系统的最佳条件,成功实现8 min内完成DNA样品片段的分离,表明该微流控芯片电泳系统在法医DNA快速分析方面具有良好的应用前景.

东亚族群中Y染色体D-M174单倍群的遗传多态性

目的研究Y染色体D-M174单倍群及下游分支在东亚族群的遗传多态性。方法收集东亚1426份无关男性样本,用微测序技术检测7个Y染色体D-M174单倍群及下游分支的Y-SNP位点,用DNATyperY26试剂盒检测22个Y-STR基因座,通过直接计数法、热图、系统发育聚类和网络图聚类进行单倍群分析,探讨Y染色体D单倍群遗传多态性分布、群体及样本间聚类关系。结果D-M174单倍群高频分布于西藏藏族人和日本人,分别为40.96%和35.71%,在西藏周边地区及其他地区呈现低频分布或无分布。结论Y染色体D-M174单倍群在东亚族群中具有明显的族群地域分布特征。

快速PCR方法在法医DNA检验中的研究进展

目前法医DNA检验应用的短串联重复序列(short tandem repeat,STR)复合扩增系统均依赖于荧光标记的多重PCR方法。常规DNA检验流程包括提取、定量、扩增、分离和检测,而多重PCR扩增常常是整个过程中的限速步骤,完成28~30个循环大约需要3 h。以往常利用商业化的热循环仪和热稳定DNA聚合酶,但需要很长的PCR循环时间才能够确保100~400 bp的目标片段得到有效且均衡的复合扩增。随着各种缩短扩增时间方法的出现,STR复合扩增不再需要3 h,而是可以减少到几十分钟甚至十几分钟。现主要总结了快速PCR、直接PCR、芯片PCR以及其他快速扩增等方法的研究现状与进展,尤其是在法医DNA检验领域,同时对比了几种常见快速PCR扩增方法,可见缩短扩增时间对DNA检验的意义重大。未来,以芯片为主导、快速检验为目的的全自动、便携式、集成化的DNA分析系统,将使得法医DNA检验从实验室走进案件现场,甚至日常生活,实现真正的快速即时检验。

基于27重SNP族群推断体系研究泰安汉、回族遗传结构

目的基于27重SNP族群推断体系对山东泰安回族、汉族进行群体遗传结构分析,评估所用体系在两民族人群中的适用性。方法使用27重SNP族群推断荧光检测试剂盒检验泰安回、汉族各200份样本,获取27个SNP位点分型,采用DNA Ancestry Analyzer V1.0软件分析所有样本的族群成分和族群匹配概率,并基于族群的等位基因频率构建系统发育树。结果泰安回族和汉族的族群成分均主要为东亚成分(96.5%、98.4%),但回族样本的欧洲成分(2.3%)高于汉族(0.8%);98.0%的汉族和86.5%的回族的样本被归类到东亚族群。系统发育树显示泰安回族和汉族均为东亚一支,与聚类分析结果相同。泰安回族与国内西北地区少数民族的遗传关系较泰安汉族更近;其中,泰安回族与甘肃的东乡族、回族遗传关系最近。结论27重SNP族群推断体系检测分析揭示,同属东亚亚人群的泰安回族与汉族在欧洲成分上具有显著差异,该体系对泰安回、汉族人群间欧洲成分的差异具有较高的辨识度。

基于高密度SNP数据的东亚人群遗传结构研究

目的东亚疆域辽阔,民族众多,有着广泛多样的语言。中国34个省级行政区可划分为7个地理分区,人群主要分属世界七大语系。已有研究主要集中在东亚人群的起源、迁徙、融合等遗传历史。本文基于5147份世界人群个体的高密度单核苷酸多态性(SNP)数据,从地域及语言两个角度研究东亚人群尤其是中国人群与世界其他人群的遗传关系,研究中国人群的遗传关系和遗传结构。方法收集了5147份世界人群个体的高密度SNP数据,并对其进行质控、合并。通过频率差异分析方法对最终获得的32789个SNP进行统计学检验,并进一步使用主成分分析、系统发育树、祖先成分分析和D检验统计等方法,对东亚人群与世界其他人群的遗传关系,以及中国人群的遗传关系和遗传结构进行研究。结果研究发现东亚人群与非洲、美洲和欧洲人群存在显著差异。中国人群可分为7个亚群,不同人群间的遗传聚类与其地理分布、语系语族和族源历史有很强的相关性。结论本文研究了中国人群与世界人群的遗传关系和差异,并系统研究了中国人群的遗传亚结构。这将丰富东亚人群的群体遗传学、法医遗传学等研究基础,为个体化医疗等工作提供数据支撑。

中国南北方汉族人群DNA甲基化表观遗传差异研究

目的族群地域、体貌特征等表型是基因型与环境共同作用的结果。大量基因组学研究表明,汉族人群具有混合特征,内部存在明显的南北遗传差异。本研究旨在探索研究表观基因组在中国南北方汉族人群之间是否存在差异,并筛选差异遗传位点。方法使用GLINT软件对483份汉族样本的全基因组甲基化芯片数据进行EWAS分析,使用Lasso回归方法筛选位点。使用多元逻辑回归算法构建南北方汉族人群预测模型,通过十折交叉验证的方法评估。结果筛选出一组南北方汉族之间差异显著的CpG位点,准确性为99.03%,Kappa系数为0.9796。结论本研究表明南北方汉族人群之间存在表观遗传差异,本研究为进一步开展不同地域汉族人群之间的表观遗传差异研究奠定了基础。

山东汉、回族男性人群父系遗传结构研究

本研究基于75个Y-SNP位点和23个Y-STR基因座对山东汉、回族男性人群进行研究,旨在揭示两个人群的父系遗传结构,为法医学应用及群体遗传学等提供基础数据。研究基于微测序技术检测187份山东汉族和130份山东回族样本,获取75个Y-SNP位点分型;采用PowerPlex;Y23试剂盒检测23个Y-STR基因座;采用直接计数法统计等位基因频率、单倍型频率及单倍群频率,根据公式D=n(1-∑pi;)/(n-1)计算基因多样性、单倍型多样性以及单倍群多样性;根据Median-joining方法,使用NETWORK 5.0和NETWORK Publisher构建并展示网络图。研究结果显示,单倍群O-M175、C-M130、N-M231、Q-M242为山东汉族男性人群主要的Y单倍群,单倍群O-M175、J-M304、R-M207、C-M130、N-M231为山东回族男性人群最主要的单倍群;23个Y-STR基因座在山东汉族男性样本中检出187种单倍型,单倍型多样性为1.0000,在山东回族中检出121种单倍型,单倍型多样性为0.9988;网络图显示同一Y单倍群的样本相对独立地聚集在一起,山东汉族与回族人群之间存在共享单倍群,同时也存在一些特异性单倍群,如单倍群J-M304、R-M207均以山东回族为主,单倍群Q-M242则以山东汉族为主。山东汉族和回族男性人群的主要单倍群均为单倍群O-M175;单倍群J-M304、R-M207在山东回族中的高频分布,单倍群Q-M242则在山东汉族中高频分布。研究表明山东回族人群中保留有一定比例的欧亚西部和中东特有的Y染色体类型。

30个InDels在中国三个民族的遗传学调查及法医学应用

目的调查Qiagen InvestigatorDIPplex试剂盒30个InDels多态性位点在中国汉族、藏族、维吾尔族人群中的群体遗传学数据,评估其法医学应用价值。方法采集汉、藏、维吾尔族各90名无关个体静脉血,提取DNA。使用3130xL毛细管电泳对该270份样品进行分型,通过统计计算相关的群体遗传学参数。结果实验得到270份样品的分型及基因型频率,30个InDels未明显偏离Hardy-Weinberg平衡及连锁平衡,在汉族、藏族、维吾尔族三个人群中的随机匹配概率分别为1.42×10-11、7.19×10-12、4.74×10-13,累积非父排除率(CPE)均大于0.995 1。结论该组插入缺失位点在中国的汉族、藏族、维吾尔族人群中具有较高的多态性,能达到较高的个体识别能力,可以作为现有STR检验体系的补充。

法医遗传学研究新进展

法医遗传学经过近30年发展,已经形成了一套系统的理论和技术体系,相关技术和方法在实际工作中发挥着重要作用。随着实际应用需求的变化和相关基础学科研究的进展,法医遗传学的研究也出现了新变化。本文针对法医遗传学领域的研究进展和发展趋势进行综述,希望能对相关研究和实践提供参考和借鉴。

微流控芯片技术在法医遗传学中的研究及进展

近年来,微流控芯片技术以其快速分析、高通量、微型化、集成化和自动化等特点发展迅猛。该技术以微机电精细加工技术为依托,以微管道网路单元为结构特征,以生命科学为主要应用对象,把整个实验室的功能集成到芯片上的分析实验装置。作为一种新型的生物学研究平台,本文就其在法医学生物样品的制备和PCR扩增、分离检验等方面的应用研究进行综述。

单管直扩38重祖先信息InDels体系的构建及其在微流控芯片系统的应用

本文基于插入-缺失多态性(insertion-deletion polymorphism,InDel)遗传标记,从相关文献和dbSNP库中筛选出38个在东亚、欧洲、非洲人群中具有等位基因频率差异的祖先来源InDel位点,同时整合Amelogenin位点和Y染色体STR(DYS439)位点,以辅助未知样本的性别鉴定,采用PCR-CE技术构建了可以区分三大洲际人群的单管直接扩增复合检测体系,该体系可与微流控芯片系统相结合,1.7 h内完成DNA样本自动化扩增和电泳分型,利用公共数据库1000Genomes中16个人群1 607名个体的分型数据对筛选的38个InDel位点进行初步评估;同时对构建的38-plex InDels体系的灵敏度、准确性、直接扩增能力进行验证评估;检测5种不同人群的779份样本和215份唾液卡、血卡的直接扩增样本,采用聚类分析和主成分分析方法,评价体系的推断准确性.结果表明该38-plex InDels复合检测体系分型准确,灵敏度达157 pg,能够对唾液卡和血卡直接扩增,可以区分三大洲际人群及其混合人群,能够准确推断待测样本的族群来源、估算祖先成分,且通过集成细胞裂解步骤将有望2h实现"样本进-结果出"式快速自动化InDel分型.