家系Y-STR基因座容差在系谱推断中的应用_童梦洁.pdf

Journal of Forensic Medicine,June 2023,Vol.39,No.3家系Y-STR基因座容差在系谱推断中的应用童梦洁1，张科2，李彩霞3，张广峰3，张文杰4，杨澜5，侯庆唐1，刘京31.合肥市公安局刑事警察支队，安徽 合肥 230000；2.安徽省公安厅物证鉴定管理处，安徽 合肥 230061；3.公安部鉴定中心 法医遗传学公安部重点实验室 现场物证溯源技术国家工程实验室，北京 100038；4.陕西师范大学计算机科学学院，陕西 西安 710119；5.山西医科大学法医学院，山西 晋中 030600摘要：目的 研究中国汉族家系中Y-STR基因座容差规律，为SNP系谱推断与家系排查联用工作提供家系选择依据。方法 选取 3个遗传关系清晰的汉族家系，利用 YFiler Platinum PCR 扩增试剂盒，得到所采男性样本35个Y-STR基因座分型数据，统计分析Y-STR单倍型在世代遗传中的变化及17级亲缘关系中的容差。结果 各家系突变基因座及突变次数有差异，Y-STR突变具有家系特异性，66.03%的突变发生在快、高速突变基因座。17级亲缘对在35个Y-STR基因座上容差在05个，最远6步长；在中、慢速突变基因座上容差在 02个，最远 3步长；在快、高速突变基因座上容差在 03个，最远 6步长。结论 联合应用SNP系谱推断技术与 Y-STR家系排查，0容差及多容差均需考虑。可优先筛查在全部 35个 Y-STR基因座上03个容差且在中、慢速基因座上01个容差的家系。差异数符合条件时，步长较远的家系应谨慎排除。同时，应谨慎增加快速突变基因座。关键词：法医遗传学；突变；Y染色体；短串联重复序列；亲缘关系；家系；男性文章编号：1004-5619（2023）03-0296-09 中图分类号：R89；DF795.2；D919.2doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2022.520602 文献标志码：AApplication of Familial Y-STR Haplotype Mismatch Tolerance in Genealogy InferenceTONG Meng-jie1,ZHANG Ke2,LI Cai-xia3,ZHANG Guang-feng3,ZHANG Wen-jie4,YANG Lan5,HOU Qing-tang1,LIU Jing31.Criminal Police Detachment of Hefei Public Security Bureau，Hefei 230000，China；2.Management Office of Physical Evidence，Department of Public Security of Anhui Province，Hefei 230061，China；3.Key Laboratory of Forensic Genetics and National Engineering Laboratory for Forensic Science，Institute of Forensic Science，Ministry of Public Security，Beijing 100038，China；4.School of Computer Science，Shaanxi Normal University，Xi an 710119，China；5.School of Forensic Medicine，Shanxi Medical University，Jinzhong 030600，Shanxi Province，ChinaAbstract：Objective To provide a guideline for genealogy inference and family lineage investigation through a study of the mismatch tolerance distribution of Y-STR loci in Chinese Han male lineage.Methods Three Han lineages with clear genetic relationships were selected.YFiler Platinum PCR amplification Kit was used to obtain the typing data of 35 Y-STR loci in male samples.The variation of Y-STR haplotypes in generation inheritance and the mismatch tolerance at 1-7 kinship levels were statistically analyzed.Results Mutations in Y-STR were family-specific with different mutation loci and numbers of mutation in different lineages.Among all the mutations,66.03%were observed on rap 论著 基金项目：国家重点研发计划资助项目（2022YFC3341004）；国家自然科学基金面上资助项目（82171870）；公安部技术研究计划重点资助项目（2021JSZ15）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目（2021JB004）作者简介：童梦洁（1987），女，副主任法医师，主要从事法医物证鉴定；E-mail：piao_通信作者：刘京，男，硕士，主检法医师，主要从事法医遗传学研究；E-mail：通信作者：侯庆唐，男，主任法医师，主要从事法医物证学鉴定；E-mail：引用格式：童梦洁，张科，李彩霞，等.家系Y-STR基因座容差在系谱推断中的应用J.法医学杂志，2023，39（3）：296-304.To cite：TONG M J，ZHANG K，LI C X，et al.Application of familial Y-STR haplotype mismatch tolerance in genealogy inferenceJ.Fayixue Zazhi，2023，39（3）：296-304.法医学亲子和亲缘关系鉴定专题 idly and fast mutating loci.At 1-7 kinship levels,the number of mismatch tolerance ranged from 0 to 5 on all 35 Y-STR loci,with a maximum step size of 6.On medium and slow mutant loci,the number of mismatch tolerance ranged from 0 to 2,with a maximum step size of 3;on rapidly and fast mutant loci,the number of mismatch tolerance ranged from 0 to 3,with a maximum step size of 6.Conclusion Combined use of SNP genealogy inference and Y-STR lineage investigation,both 0 and multiple mismatch tolerance need to be considered.Family lineage with 0-3 mismatch tolerance on all 35 Y-STR loci and 0-1 mismatch tolerance on medium and slow loci can be prioritized for screening.When the number of mismatch tolerance is eligible,family lineages with long steps should be carefully excluded.Meanwhile,adding fast mutant loci should also be handled with caution.Keywords：forensic genetics;mutation;Y chromosome;short tandem repeats;kinship;family lineage;males近年来，随着测序技术发展，SNP 成为法医学研究领域新焦点。2018 年，美国警方利用 SNP 系谱推断技术破获 40 年前的金州杀手案，使法医 SNP 系谱推断用于侦查受到广泛关注1-2。此后，数百起积案运用该技术找到新线索3。刘京等4-5进一步推进了法医SNP系谱推断技术在国内的应用，通过检测和分析全基因组 SNP数据，可预测包括父系及母系的 7级以内的亲缘关系。基于美国高加索人的研究6表明，建立约占人口 2%的 SNP测序数据库，即可为约 90%的人口找到至少1名3代表（堂）亲。由于我国尚未建立足够大的高密度SNP数据库，难以通过公共数据库检索发挥SNP系谱推断技术的作用，项目组建立了系谱推断技术与现行的 STR检测技术配合使用的工作模式。针对 Y-STR家系排查过程中通过相似单倍型（容差为3个以内）找到众多庞大家系的案例，可使用法医 SNP系谱推断技术分析锁定与现场物证供者亲缘关系最近的家系，进而通过常染色体 STR 确定个人，此方法已成功应用于多起命案积案5,7。目前针对男性家系 Y-STR 容差情况的研究8-9表明，同一家系男性成员间 Y-STR 容差数在一定范围内，35 个 Y-STR 基因座分布在 07个容差，且 3步以内的差异占80.68%。由于高密度 SNP检测的费用和时间成本较高，如何从使用 Y-STR比中的众多男性家系中，选择更可能与嫌疑人存在潜在17级亲缘关系的家系，优先进行SNP系谱推断技术分析，成为两技术联合应用需要解决的重点问题之一。本研究针对国内检 案常用的 YFiler Platinum PCR扩增试剂盒（美国Thermo Fisher Scientific公司）包含的35个Y-STR基因座，收集来源于3个已知家系的 151份中国汉族男性样本 Y-STR数据。分析 35个Y-STR 基因座分型在各家系中的容差情况，并对各家系成员两两之间共 1 202 对 17 级亲缘关系对4的容差情况进行调查，为 Y-STR 家系排查及法医 SNP系谱推断技术在实践中的联合应用提供参考数据。1材料与方法1.1 样本来源来源于 3个家系的唾液样本共计 151 份，其中 A家系 59份，B家系 67份，C家系 25份。通过家谱调查及实地走访的方式进行家系成员关系调查，并利用常染色体 STR方法排除近亲属间私生、入赘情况，所有样本均取得采集者的知情同意。本研究获公安部物证鉴定中心科研伦理委员会批准（审批号：2020-022）。各家系情况见表1。1.2 DNA提取和STR检测用QIAamp DNA Investigator试剂盒（德国Qiagen公司）提取家系唾液样本，采用YFiler Platinum PCR扩增试剂盒对上述样本DNA进行PCR扩增，扩增产物使用3500 xL基因分析仪（美国Applied Biosystems公司）进行检测，获得Y-STR基因分型。上述试剂盒包含的表1 各男性家系亲缘关系对数量Tab.1The number of the kinship pair of each male lineage（对）注：谱系代数指以该家系能追溯到的最远共同祖先为第1代，以采集到的传代最远的后代所