IBS 評分法鑒定全同胞關系及其臨界值查詢表的構建

李燃，李成濤，趙書民，李海霞，李莉，烏日嘎，張楚楚，孫宏鈺

（1.中山大學中山醫(yī)學院法醫(yī)學系，廣東廣州 510089；2.司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫(yī)學重點實驗室上海市司法鑒定專業(yè)技術服務平臺，上海 200063；3.上海五色石醫(yī)學研究股份有限公司，上海 201200）

LI Ran1,LI Cheng-tao2,ZHAO Shu-min3,LI Hai-xia1,LILi2,WU Ri-ga1,ZHANGChu-chu1,SUN Hong-yu1

（1.Department of Forensic Medicine,Zhongshan Medical College,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510089, China;2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Shanghai Forensic Service Platform,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,PRC,Shanghai 200063,China;3.Shanghai Chromysky Medical Research Co.,Ltd,Shanghai 201200,China）

·論著·

IBS 評分法鑒定全同胞關系及其臨界值查詢表的構建

李燃1，李成濤2，趙書民3，李海霞1，李莉2，烏日嘎1，張楚楚1，孫宏鈺1

（1.中山大學中山醫(yī)學院法醫(yī)學系，廣東廣州 510089；2.司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫(yī)學重點實驗室上海市司法鑒定專業(yè)技術服務平臺，上海 200063；3.上海五色石醫(yī)學研究股份有限公司，上海 201200）

目的建立包含不同個數(shù)STR基因座檢測體系在不同錯判標準下的IBS臨界值和檢測效能查詢表。方法收集267對全同胞和360對無關個體血樣，采用Golden e yeTM20A體系進行19個常染色體STR基因座的分型，按照《生物學全同胞關系鑒定實施規(guī)范》采用IBS評分法判定全同胞關系。通過理論推算，計算包含不同個數(shù)STR基因座檢測體系在不同錯判標準下的IBS臨界值和檢測效能。結果按照規(guī)范的IBS評分標準對全同胞和無關個體的鑒別效能為0.7640，錯判率為0，理論推算和樣本觀察值相符。包含不同個數(shù)STR基因座檢測體系的全同胞鑒定IBS評分臨界值查詢表構建成功。結論該規(guī)范的IBS評分法檢測效力較高，錯判率極低，判定結果相對保守。包含不同個數(shù)STR基因座檢測體系的全同胞鑒定IBS評分臨界值查詢表為全同胞鑒定的結果評判提供了重要的參考數(shù)據(jù)，具有很好的應用價值。

法醫(yī)遺傳學；同胞關系；短串聯(lián)重復序列；狀態(tài)一致性

生物學同胞關系鑒定是親緣鑒定中僅次于父權鑒定的主要類型，全同胞（同父同母）鑒定作為同胞鑒定中一種重要的類型，是目前國內外研究的熱點。依據(jù)孟德爾遺傳規(guī)律可知，同胞之間等位基因有1/4全不同、1/2半相同、1/4全相同的概率，使得同胞關系鑒定相對父權鑒定困難、復雜，鑒定結論也存在一定的風險和不確定性[1，2]。

2014 年司法部司法鑒定管理局發(fā)布了《生物學全同胞關系鑒定實施規(guī)范》[3]（以下簡稱《規(guī)范》），此規(guī)范基于狀態(tài)一致性（identity by state，IBS）評分法提出生物學全同胞關系鑒定技術規(guī)范。針對常染色體短串聯(lián)重復序列（short tandem repeat，STR）分型，該規(guī)范界定了當檢測STR基因座數(shù)目分別為19、29、39個時，判定全同胞、無法判斷、判定為無關個體的標準和檢測效能，該方法直觀、簡單，促進了全同胞鑒定的實踐。但實際檢案中，由于使用的STR分型體系包含的基因座個數(shù)不盡相同，對于19、29、39個STR基因座以外的檢測體系，該如何評判檢驗結果，本研究擬對此進行探討。

1 材料與方法

1.1 IBS法進行生物學全同胞關系判定

1.1.1 樣本

從中山大學法醫(yī)鑒定中心日常檢案中收集267對全同胞樣本和360對無關個體樣本。其中全同胞樣本來自含有兩個子代的三聯(lián)體家系，排除子代為同卵雙胞胎；無關個體樣本為無親緣關系的個體兩兩隨機組合。

1.1.2 STR分型

采用Golden e yeTM20A［基點認知技術（北京）有限公司］復合擴增系統(tǒng)對D19S433等19個常染色體STR基因座進行分型，擴增產物經3500xl型基因分析儀（美國Thermo Fisher公司）進行電泳分離，應用GeneMapper?ID-X軟件進行STR分型。

1.1.3 全同胞關系判定

對267對全同胞樣本和360對無關個體樣本STR分型結果分別進行IBS評分，獲得每個基因座的ibs分值，計算累積IBS分值（表1），參照《規(guī)范》進行判定：（1）IBS≥22，傾向于生物學全同胞；（2）22＞IBS＞13，無法給出傾向性意見；（3）IBS≤13，傾向于無關個體。

表1 STR分型的IBS評分計算表

1.2 不同情況下全同胞鑒定IBS評分臨界值的推算

1.2.1 無關個體對間

假定某個體某個STR基因座的基因型為AiAj（i≤n，j≤n，n為等位基因數(shù)），則兩個無關個體由于隨機出現(xiàn)等位基因全相同（即ibs=2）的概率為，等位基因全不同（即ibs=0）的概率為（其中k，l≠i，j），等位基因半相同（即ibs=1）的概率為［P（AiAj）× P（AkAl）］}。

1.2.2 全同胞對間

某個STR基因座上父母可能的基因型組合以及對應全同胞對間ibs評分的概率見表2。

表2 全同胞對STR分型的IBS評分概率

1.2.3 Golden e yeTM20A檢測體系19個STR基因座的IBS評分概率分布推算

以中國南方漢族人群Golden e yeTM20A檢測體系19個STR基因座的等位基因頻率[4]為基礎，按照1.2.1和1.2.2的方法，推算全同胞和無關個體IBS評分概率的理論分布（其中m、 n分別代表ibs=2、1的STR基因座的個數(shù)，P0、P1、P2分別代表19個STR基因座ibs=0、1、2的平均概率），并與方法1.1中實際案例的觀察值進行比較。

1.2.4 包含不同個數(shù)STR基因座檢測體系的IBS評分概率分布推算

將1.2.3獲得的19個STR基因座的ibs評分概率平均值視為單個STR基因座的ibs評分概率，推算包含13～50個STR基因座檢測體系的IBS評分概率分布）（其中N為檢測體系STR基因座個數(shù)，m、n分別代表ibs=2、1的STR基因座的個數(shù)，P0、P1、P2分別代表19個STR基因座ibs= 0、1、2的平均概率）。分別計算≤0.001%、≤0.01%、≤0.05%、≤0.1%、≤0.5%、≤1%共6種錯判率標準下全同胞關系判定的理論臨界值、準確率和檢測效能。

2 結果

2.1 IBS法進行全同胞關系判定的結果

參照《規(guī)范》對全同胞組和無關個體組樣本的判定結果見表3。Golden e yeTM20A檢測體系對全同胞組和無關個體組鑒定的效能為0.764 0，兩組樣本均無錯判案例。

表3 IBS法進行全同胞關系判定的結果［例（%）］

2.2 Golden e yeTM20A檢測體系19個STR基因座的IBS評分概率

通過理論計算，獲得中國南方人群中全同胞和無關個體在19個STR基因座上ibs評分的概率分布（表4）。基因座DP值越大，全同胞和無關個體ibs=2的概率越小。全同胞和無關個體IBS評分概率的理論分布和本研究樣本的觀察值均符合正態(tài)分布特征，并呈現(xiàn)趨勢一致性（圖1）。理論判定結果和實際判定結果差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表5）。

2.3 包含不同個數(shù)STR基因座檢測體系的IBS評分概率

通過計算，獲得不同個數(shù)（13～50個）STR基因座檢測體系的全同胞IBS評分臨界值和效能查詢表（表6）。

如圖2所示，在相同錯判標準的前提下，隨著檢測STR基因座數(shù)目的增加，系統(tǒng)的檢測效能也不斷提高，并逐漸趨近于1；在相同個數(shù)STR基因座體系下，允許的錯判率越高，系統(tǒng)的檢測效能也越大。

表4 19個STR基因座的ibs評分概率

圖1 全同胞和無關個體IBS評分概率分布的理論值和觀察值比較

表5 全同胞和無關個體IBS評分判定結果的理論值和觀察值比較

圖2 包含不同個數(shù)STR基因座分型體系的全同胞鑒定效能

3 討論

本研究的IBS評分法，是基于兩個體間共有等位基因的計數(shù)進行全同胞關系鑒定[5]。與ITO法[6]、判別函數(shù)法[6，7]相比，該方法不需使用具體的等位基因頻率數(shù)據(jù)，不限于特定試劑盒，不涉及復雜的計算，分析簡便、直觀、快速，目前已被應用于同胞關系鑒定和法庭科學DNA數(shù)據(jù)庫家系搜尋[8-10]?！兑?guī)范》根據(jù)此方法制定，為生物學全同胞關系判定提供了科學依據(jù)和統(tǒng)一標準，促進了全同胞關系的鑒定實踐。本研究采用本地區(qū)群體數(shù)據(jù)資料，按照該規(guī)范定義的標準，使用Golden e yeTM20A檢測體系（19個STR基因座）對全同胞組和無關個體組鑒定的綜合效能為0.764 0，與《規(guī)范》中的0.75接近，與孫云龍等[1]的研究結果76.77%一致。本研究對全同胞和無關個體兩組樣本共627對案例進行判定，結果無一例錯判，另外全同胞組和無關個體組中無法判定的樣本對分別占19.85%和26.39%，無法判定區(qū)域有較大空間，可見《規(guī)范》中判定標準的設置相對謹慎保守。

王靜等[7]的研究顯示，所選取的基因座越多，全同胞與無關個體間共有基因數(shù)的差異越大，因此可通過增加檢測基因座減小錯判的可能性。但是《規(guī)范》僅針對19、29、39個STR基因座的檢測體系設定了判定界值，對包含其他個數(shù)STR基因座的檢測體系該如何評判結果未進行說明，使得該規(guī)范在實際應用中欠靈活。本研究以中國南方漢族人群中19個STR基因座的頻率為基礎，通過理論推算的方式，計算包含不同個數(shù)STR基因座檢測體系的IBS評分概率分布，以及不同錯判標準下的臨界值、準確率和檢測效能。比較理論結果和實際案例觀察結果，全同胞和無關個體19個STR基因座IBS評分概率的理論分布和觀察值均符合正態(tài)分布特征，趨勢一致。根據(jù)查詢表，當體系為19個STR基因座時，6種錯判率下對應的理論效能分別為0.437 920、0.648 450、0.769 851、0.862 882、 0.947804和0.963930，相應臨界值的效能觀察值為0.437 002、0.634 769、0.763 955、0.877 193、0.952 153和0.963317，孫云龍等[1]的研究數(shù)據(jù)計算結果分別為0.453 846、0.663 077、0.767 692、0.847 692、0.960 000和0.969231，三者數(shù)值均很接近。另外，本研究方法的理論結果，與根據(jù)王靜等[7]的研究數(shù)據(jù)，計算檢測體系分別為13個、19個、21個、39個常染色體STR基因座時，對應臨界值下的效能也相近。因此，該方法可適用于任意個數(shù)STR基因座組合的體系，研究人員只需根據(jù)需要選取不同錯判標準，即可查詢到判定的IBS評分臨界值以及對應的準確率和檢測效能，從而增加該方法使用的靈活性。另一方面，從圖2可以看出，隨著檢測體系STR基因座個數(shù)增加，系統(tǒng)檢測效能也增加，當STR檢測數(shù)目達到38個時，即使在≤0.001%的錯判率下，體系檢測效能也能達到0.95以上，當STR檢測數(shù)目達到50個時體系檢測效能達到0.99以上。對于本查詢表的使用，建議選擇的STR基因座滿足《規(guī)范》中的標準，即DP≥0.9，或者選取DP值與Golden e yeTM20A檢測體系的平均DP值（0.9272）接近的基因座。

此外，由于本方法允許一定的錯判率，尤其當允許的錯判率較低時，存在較大比例無法判定的“灰色區(qū)域”，在此情況下，建議進一步增加檢測體系基因座數(shù)目，或者增加X-STR、Y-STR進行聯(lián)合分析。本研究建立的查詢表只適用于全同胞與無關個體甄別的鑒定，對其他親緣關系（例如半同胞）尚需另外計算分析。

[1]孫云龍，楊金龍，穆立偉，等.IBS法和ITO法應用于全同胞鑒定中的探討[J].中山大學學報（醫(yī)學科學版），2014，35（3）：465-468.

[2]臺運春，陸惠玲，呂德堅，等.常染色體STR鑒定同胞的應用探討[J].中山大學學報（醫(yī)學科學版），2006，27（3）：302-305.

[3]中華人民共和國司法部司法鑒定管理局.生物學全同胞關系鑒定實施規(guī)范：SF／Z JD0105002—2014[S].2014.

[4]Tong D，Chen Y，Ou X，et al.Polymorphism analysis and evaluation of 19 STR loci in the Han population of Southern China[J].Ann Hum Biol，2013，40（2）：191-196.

[5]Aoki Y，Nakayama Y，Saigusa K，et al.Comparison of the likelihood ratio and identity-by-state scoring methods for analyzing sib-pair test cases：a study using computer simulation[J].Tohoku J Exp Med，2001，194（4）：241-250.

[6]陸惠玲，周科偉，呂德堅，等.ITO法和判別函數(shù)法在同胞關系鑒定中的應用[J].法醫(yī)學雜志，2009，25（2）：118-122.

[7]王靜，劉雅誠，唐暉，等.共有基因數(shù)在同胞鑒定中應用的研究[J].中國法醫(yī)學雜志，2004，19（4）：216-218.

[8]趙書民，李成濤，張素華，等.應用常染色體STR基因座共有等位基因數(shù)判別全同胞關系[J].法醫(yī)學雜志，2009，25（4）：267-270.

[9]Ge J，Chakraborty R，Eisenberg A，et al.Comparisons of familial DNA database searching strategies[J].J Forensic Sci，2011，56（6）：1448-1456.

[10]Balding DJ，Kraw czak M，Buckleton JS，et al.Decision-making in familial database searching：KI alone or not alone?[J].Forensic Sci Int Genet，2013，7（1）：52-54.

Full Sibling Identification by IBS Scoring M ethod and Establishment of the Query Table of Its Critical Value

ObjectiveTo establish a query table of IBS critical value and identification power for the detection systems w ith different numbers of STR loci under different false judgment standards.MethodsSamples of 267 pairs of full siblings and 360 pairs of unrelated individuals were collected and 19 autosomal STR loci were genotyped by Golden e yeTM20A system.The full siblings were determined using IBS scoring method according to the‘Regulation for biological full sibling testing’.The critical values and identification power for the detection systems w ith different numbers of STR loci under different false judgment standards were calculated by theoretical methods.ResultsAccording to the formal IBS scoring criteria,the identification power of full siblings and unrelated individuals was 0.764 0 and the rate of false judgment was 0.The results of theoretical calculation were consistent w ith that of sample observation.The query table of IBS critical value for identification of full sibling detection systems w ith different numbers of STR loci was successfully established.ConclusionThe IBS scoring method defined by the regulation has high detection efficiency and low false judgment rate,which provides a relatively conservative result.The query table of IBS critical value for identification of full sibling detection systems with different numbers of STR loci provides an important reference data for the result judgment of full sibling testing and owns a considerable practical value.

forensic genetics;sibling relations;short tandem repeat;identity by state（IBS）

DF795.2

：A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.02.006

1004-5619（2017）02-0136-05

LI Ran1,LI Cheng-tao2,ZHAO Shu-min3,LI Hai-xia1,LILi2,WU Ri-ga1,ZHANGChu-chu1,SUN Hong-yu1

（1.Department of Forensic Medicine,Zhongshan Medical College,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510089, China;2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Shanghai Forensic Service Platform,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,PRC,Shanghai 200063,China;3.Shanghai Chromysky Medical Research Co.,Ltd,Shanghai 201200,China）

2016-10-09）

（本文編輯：張素華）

國家自然科學基金面上項目（81273347，81671873）；上海市法醫(yī)學重點實驗室資助項目（17DZ2273200）；上海市司法鑒定專業(yè)技術服務平臺資助項目（16DZ2290900）

李燃（1991—），男，碩士研究生，主要從事法醫(yī)物證學研究；E-mail：liran654@qq.com

孫宏鈺，女，博士，教授，主要從事法醫(yī)物證學研究；E-mail：sunhongyu2002@163.com