《復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定技術(shù)研究》課題研究進(jìn)展

邊英男，侯一平，張素華，徐友春，莊斌

（1.司法鑒定科學(xué)研究院上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，上海200063；2.四川大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川成都610207；3.清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，北京100084；4.博奧生物集團(tuán)有限公司，北京102206）

親緣關(guān)系鑒定廣泛用于訴訟、仲裁、公證、調(diào)解、認(rèn)親、繼承、移民、遺傳咨詢、遺骸認(rèn)領(lǐng)、交通事故處理以及器官移植等多個(gè)領(lǐng)域，在保障司法公正和維護(hù)社會(huì)公平正義中發(fā)揮著重要作用。近年來涉及全同胞關(guān)系鑒定、半同胞關(guān)系鑒定、叔侄關(guān)系鑒定等復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定訴求逐年增加。然而，現(xiàn)有法醫(yī)學(xué)復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定技術(shù)并不能完全滿足需求。犯罪現(xiàn)場檢材DNA的部分降解或混合以及受檢家系成員缺失是造成法醫(yī)學(xué)親緣關(guān)系鑒定復(fù)雜性的重要原因。這樣的復(fù)雜性使法醫(yī)DNA分型面臨巨大的挑戰(zhàn)。

本課題針對(duì)當(dāng)前我國司法鑒定實(shí)踐中的迫切需求解決的復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定難題，在“十二五”國家科技支撐計(jì)劃取得成果的基礎(chǔ)上，本著“重點(diǎn)突破、有限目標(biāo)”的原則提出了由“新一代測序?qū)?fù)雜親緣關(guān)系鑒定研究”、“親緣關(guān)系鑒定技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)化研究”和“全集成自動(dòng)化法醫(yī)遺傳分析系統(tǒng)研制”三項(xiàng)內(nèi)容組成的“復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定技術(shù)研究”。三項(xiàng)內(nèi)容構(gòu)成的有機(jī)整體既切合了目前迫切需要解決的技術(shù)難題，又針對(duì)法醫(yī)遺傳學(xué)發(fā)展趨勢，提出了從遺傳規(guī)律研究、高通量標(biāo)記篩選、新型標(biāo)記發(fā)現(xiàn)到技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)化和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)為一體的整體解決方案。隨著該課題的開展，復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定的關(guān)鍵技術(shù)將在更大程度上得以突破。

自2016年7月課題啟動(dòng)以來，課題組根據(jù)研究計(jì)劃實(shí)施相關(guān)內(nèi)容研究，采用新一代測序技術(shù)對(duì)復(fù)雜親緣關(guān)系中親緣關(guān)系參數(shù)的分布規(guī)律和不同遺傳標(biāo)記的貢獻(xiàn)進(jìn)行了深入研究，為復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定探索了新型遺傳標(biāo)記，初步建立了新的分析方法，并且在新型全集成自動(dòng)化遺傳分析系統(tǒng)的開發(fā)上取得了重要突破。目前已取得的進(jìn)展和階段性成果主要包括：

1 親緣關(guān)系樣本與數(shù)據(jù)信息庫的初步建成

親緣關(guān)系樣本庫的建立是項(xiàng)目得以順利實(shí)施的保證。目前，已經(jīng)完成了親緣關(guān)系樣本的前期采集和信息化管理平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫管理軟件的搭建，實(shí)現(xiàn)了樣本和數(shù)據(jù)信息由人工管理向系統(tǒng)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化管理的升級(jí)，為面向行業(yè)開放和共享復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定技術(shù)研究的最新成果提供保障。目前，親緣關(guān)系生物樣本和數(shù)據(jù)信息庫規(guī)模已達(dá)6 500人份。

2 兩人間三代內(nèi)親緣關(guān)系個(gè)體間遺傳標(biāo)記分布規(guī)律及特點(diǎn)的初步明確

本課題緊緊抓住遺傳標(biāo)記的類型與密度是導(dǎo)致法醫(yī)學(xué)親緣關(guān)系鑒定異常復(fù)雜的重要原因，依托新一代測序技術(shù)，發(fā)揮其高通量并行測序特點(diǎn)，探索新型遺傳標(biāo)記和新分析統(tǒng)計(jì)方法對(duì)復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定的意義。為此，本課題已經(jīng)完成用于構(gòu)建分析統(tǒng)計(jì)模型所需樣本的高通量基因組數(shù)據(jù)檢測工作，并在模型樣本中初步明確了兩人間三代內(nèi)親緣關(guān)系個(gè)體間遺傳標(biāo)記分布規(guī)律及特點(diǎn)，而且首次提出和建立了基于“NGS+”的法醫(yī)遺傳標(biāo)記分析體系的統(tǒng)計(jì)決策方法（圖1）。除常染色體遺傳標(biāo)記外，應(yīng)用Y染色體STR（Y-STR）進(jìn)行法醫(yī)家系搜索也是復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定中急需深入研究的一項(xiàng)課題。YSTR法醫(yī)家系搜索在縮小調(diào)查范圍方面的重要作用已經(jīng)得到甘肅白銀案等一系列重大案的證明。然而，與一般親權(quán)關(guān)系鑒定相似，由于STR的突變率高，所以同一父系的個(gè)體可能會(huì)發(fā)生突變而呈現(xiàn)出Y-STR分型不相同。這一現(xiàn)象使不同父系之間的鑒別界線變得模糊，使Y-STR進(jìn)行法醫(yī)家系搜索面臨新挑戰(zhàn)。為此，本課題應(yīng)用我們首次提出的NGS+法醫(yī)遺傳標(biāo)記分析體系，針對(duì)Y-STR單倍型分析無法找到與犯罪現(xiàn)場樣本單倍型完全匹配的參比父系時(shí)的法醫(yī)家系搜索，給出了解決方案，并且通過漢、藏、維、回四個(gè)民族無關(guān)男性群體樣本及真實(shí)案件證明了該分析體系的科學(xué)性。目前，本課題相關(guān)研究成果已整理發(fā)表論文16篇（其中SCI論文14篇）。

圖1 基于“NGS+”的法醫(yī)遺傳標(biāo)記分析體系和統(tǒng)計(jì)決策方法

3 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心關(guān)鍵技術(shù)的初步取得

為使研究成果能夠順利服務(wù)于司法鑒定實(shí)踐，本課題在理論研究成果向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化方面下大力氣，積極推進(jìn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心關(guān)鍵技術(shù)的取得。目前，課題已完成一套基于高通量測序的273重SNP復(fù)合檢測體系的構(gòu)建及其法醫(yī)學(xué)評(píng)估，結(jié)果顯示該系統(tǒng)多態(tài)信息含量豐富、通用性高且位點(diǎn)間相互獨(dú)立，并已申請(qǐng)專利。在該體系的基礎(chǔ)上，已完成106個(gè)STR基因座和3個(gè)血型系統(tǒng)多態(tài)目標(biāo)區(qū)域的整合。目前的測試效果顯示，DNA水平的不同遺傳標(biāo)記可在NGS平臺(tái)上完成并行檢測，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性、靈敏度均符合預(yù)期水平，下一步將對(duì)其進(jìn)行深入優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)各苛刻條件下的實(shí)際應(yīng)用，并將進(jìn)一步豐富遺傳標(biāo)記類型，使其在同一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)SNP、STR、Indel、多態(tài)性片段的全覆蓋檢測，以及常染色體、X染色體、Y染色體和線粒體DNA的人類全基因組檢測。目前，本課題相關(guān)研究成果已申請(qǐng)專利4項(xiàng)。

4 基于微流控芯片的STR和SNP全集成自動(dòng)化法醫(yī)DNA檢測裝置研究取得可喜進(jìn)展

為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜親緣關(guān)系鑒定對(duì)遺傳標(biāo)記類型和檢測數(shù)目的新要求，本課題擬開發(fā)的全集成自動(dòng)化遺傳分析系統(tǒng)，包括：（1）用于多樣本、多指標(biāo)、多位點(diǎn)分析的全集成微流控芯片，實(shí)現(xiàn)核酸提取、高通量陣列式擴(kuò)增和毛細(xì)管電泳檢測等單元的全集成；（2）與微流控芯片相配合的控制檢測儀器，實(shí)現(xiàn)核酸提取的流體控制、擴(kuò)增循環(huán)的溫度控制和激光激發(fā)熒光的共聚焦檢測等；（3）配套的檢驗(yàn)試劑與芯片和儀器的優(yōu)化。目前項(xiàng)目按照預(yù)定計(jì)劃有序地推進(jìn)，已完成集成核酸提取模塊和高通量SNP檢測模塊的微流控芯片的設(shè)計(jì)和流體測試等既定目標(biāo)，并在核酸提取硬件模塊和高通量PCR溫控模塊的集成等方面取得了技術(shù)突破（圖2）。本課題充分結(jié)合了國際上微流控芯片技術(shù)的最新研究成果，將核酸提取、擴(kuò)增、檢測在微流控芯片上集成，有望成為世界上首款實(shí)現(xiàn)STR和SNP高通量集成檢驗(yàn)的微流控芯片系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)不同類型遺傳標(biāo)記的全集成自動(dòng)化快速檢驗(yàn)。

圖2 全集成自動(dòng)化法醫(yī)DNA檢測裝置溫控部分原型驗(yàn)證實(shí)物