38重InDel快速族群推断体系的优化及验证_王庆国.pdf

法 医 学 杂 志 2022年 10月 第38卷 第5期38重InDel快速族群推断体系的优化及验证王庆国1，2*，赵蕾2*，李唐松3，付旺4，谢何鑫2，马原3，孙文平1，韩俊萍2，31.山东第一医科大学第一附属医院（山东省千佛山医院）病理科，山东 济南 250014；2.公安部物证鉴定中心 北京市现场物证检验工程技术研究中心 现场物证溯源技术国家工程实验室，北京 100038；3.北京市公安局朝阳分局刑事侦查支队，北京 100038；4.北京市上地医院，北京 100193摘要：目的 对构建的 38重 InDel快速族群推断体系进行优化，根据 DNA 分析方法科学工作组（Scientific Working Group on DNA Analysis Method，SWGDAM）指南进行性能验证，并对其应用于东亚、欧洲、非洲及其混合人群族群推断的准确性进行验证。方法 以 DNA标准品 9947A为模板，通过调整引物平衡性、Mg2+终浓度、优化PCR热循环参数和扩增体积等建立最优扩增条件，比较样本的等位基因丢失、非特异性扩增以及推断样本来源是否与已知信息匹配，评价该体系的相关性能。结果 本体系的最佳模板用量为0.1252 ng DNA，InDel分型结果准确，扩增均衡性好，种属特异性好；对混有血红蛋白（80 mol/L）、靛蓝（40 mmol/L）、钙离子（1.0 mmol/L）以及腐殖酸（90 ng/L）等抑制剂的样本具有一定耐受性；可以直接扩增检测血卡、唾液卡，且族群推断结果准确；能够区分两样本的混合DNA样本；对实际案例常见生物检材的检验结果良好。结论 38重 InDel快速族群推断体系分型结果准确可靠，体系性能符合 SWGDAM 指南要求，可以准确推断未知个体的非洲、欧洲、东亚及欧亚混合人群来源，可用于法医鉴定实践。关键词：法医遗传学；族群推断；插入/缺失多态性；复合扩增；性能验证中图分类号：DF795.2 文献标志码：A doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2021.510105文章编号：1004-5619（2022）05-0611-07Optimization and Developmental Validation of 38-plex InDel Panel for Ancestry InferenceWANG Qing-guo1,2*,ZHAO Lei2*,LI Tang-song3,FU Wang4,XIE He-xin2,MA Yuan3,SUN Wen-ping1,HAN Jun-ping2,31.First Affiliated Hospital of Shandong First Medical University(Shandong Provincial Qianfoshan Hospital),Jinan 250014,China;2.National Engineering Laboratory for Forensic Science,Beijing Engineering Research Center of Crime Scene Evidence Examination,Institute of Forensic Science,Beijing 100038,China;3.Detachment of Criminal Investigation,Chaoyang Branch of Beijing Public Security Bureau,Beijing 100038,China;4.Beijing Shangdi Hospital,Beijing 100193,ChinaAbstract：Objective The previously established 38-plex InDel system was optimized and its performance was validated according to the Scientific Working Group on DNA Analysis Method（SWGDAM）application guidelines.The ancestry inference accuracy of individuals from East Asian，European，African and mixed populations was verified.Methods DNA standard sample 9947A was used as the template to establish the optimal amplification conditions by adjusting primer balance，Mg2+final concentration and optimizing PCR thermal cycle parameters and amplification volume.The allelic dropout，nonspecific amplification and whether the origin of the inferred samples matched the known information were compared to evaluate the performance of this system.Results The optimal dosage of this system was 0.125-2 ng DNA template.The results of InDel typing were accurate，the amplification equilibrium was good，and the species specificity was good.This system showed certain tolerance to DNA samples including the inhibitor such as hemoglobin（80 mol/L），indigo（40 mmol/L），calcium ion（1.0 mmol/L），and humic acid（90 ng/L）.The system enabled the direct amplification of DNA from saliva and blood on filter paper，and the results of ethnic inference were accurate.The system successfully detected the mixed DNA sample from two individuals.The test results of the system for common biological materials in practical cases were accurate.Conclusion The results of the 38-plex InDel system are accurate and reliable，and the performance of the system meets the requirement of the SWGDAM guidelines.This system can accurately differentiate the ancestry origins of individuals from African，European，East Asian，and Eurasian populations and can be implemented in forensic practice.Keywords：forensic genetics;ancestry inference;InDel polymorphism;multiplex amplification;developmental validation 技术与应用 基金项目：国家科技资源共享服务平台计划资助项目（YCZYPT201701-3）；基本科研业务费专项资金资助项目（2017JB025）作者简介：王庆国（1993），男，硕士研究生，主要从事法医遗传学研究；E-mail：作者简介：赵蕾（1982），女，副主任法医师，主要从事法医遗传学研究；E-mail：lunzi_通信作者：孙文平，男，副教授，主要从事肿瘤病理学和法医学研究；E-mail：通信作者：韩俊萍，女，博士，副主任法医师，主要从事法医遗传学研究；E-mail：引用格式：王庆国，赵蕾，李唐松，等.38重InDel快速族群推断体系的优化及验证J.法医学杂志，2022，38（5）：611-617.To cite：WANG Q Q，ZHAO L，LI T S，et al.Optimization and developmental validation of 38-plex InDel panel for ancestry inferenceJ.Fayixue Zazhi，2022，38（5）：611-617.*王庆国和赵蕾为共同第一作者 611Journal of Forensic Medicine,October 2022,Vol.38,No.5目前个体识别 DNA 鉴定，主要是对现场生物检材进行短串联重复序列聚合酶链反应（short tandem repeat-polymerase chain reaction，STR-PCR）分析，利用STR分型数据与数据库或嫌疑人进行比对，以达到同一认定的目的，当比对失败时，案件则会陷入被动。祖先信息标记（ancestry informative mark，AIM）是指在不同地域人群之间具有等位基因频率差异的标记，筛选一组相应的AIM构建复合扩增体系，通过检测未知样本的基因分型，推断未知个体的祖先成分与遗传结构，实现不同洲际或不同地域人群的有效区分1-5。常用的AIM有单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNP）和插入/缺失（insertion-deletion，InDel）突变遗传标记。InDel遗传标记广泛存在于人类基因组（约占 5%），包含一个或多个核苷酸插入或缺失所构成的片段长度多态性6。InDel兼具 SNP 和STR的优点，检测片段短，适合降解 DNA的检测。此外，因具有片段长度差异，故可采用目前法医DNA实验 室 通 用 的 毛 细 管 电 泳（capillary electrophoresis，CE）平台分型检测，易于推广，InDel复合扩增体系可以通过等位基因峰高比值判别混合样本7-10。本研究针对前期11构建的38重InDel快速族群推断体系（包含 38 个 InDel 遗传标记、1 个性别基因座Amelogenin 和 1 个 Y-STR 基因座）进行优化，根据DNA 分析方法科学工作组（Scientific Working Group on DNA Analysis Method，SWGDAM）指南验证其准确性、灵敏度、重复性、种属特异性、耐受性、对混合样本和实际案例检材的检测能力以及直接扩增能力等性能，以评估该体系的法医学应用价值。1材料与方法1.1 数据和样本38 重 InDel 快速族群推断体系的参考数据库包含来自 25 个人群的 2 450 份个体的分型数据11；马、狗、猪、牛、羊、猫、鸡、鸭、鼠、兔的 DNA 共 10 份，由公安部物证鉴定中心提取并定量；28 例案例样本（血斑 5 例、脱落细胞 9 例、精斑 5 例、烟蒂 6 例、唾液斑 3 例）；95 份无关个体的血卡（70 份）和唾液卡（25份）及 2份新疆回族样本（XJH287和 XJH291）；已知分型的DNA样本（9947A、9948和志愿者LC