Nonbinary SNP-微单倍型遗传标记在法医亲子鉴定中的应用研究

Due to the high mutation rate of STR, it is hard to comfirm whether the inconsistent loci are caused by mutation or not following genetic law in duo paternity testing involving close relatives and the accuracy of the identification is seriously affected. Previous studies and our preceding researches have shown that nonbinary SNP-microhaplotype possesses the quality of low mutation rates and high polymorphism and have been regarded as potentially effective markers in forensic utility. In this study, we aim to screen for nonbinary SNP-microhaplotype located in low recombination rate regions from our pro-phase data and public database by using bioinformatics method and we also target to select some loci ( Ae>4). Thereafter,We obtain allele frequency distribution of nonbinary SNP-microhaplotypes by detecting DNA pooling through SMRT, and further select loci suitable for paternity testing. Based on screening results, we establish a microhaplotype-typing system through MiSeq sequencing technique. Meanwhile, we verify the MiSeq results by TA cloning method. With the survey of a large number of family samples, we examine the system performance in paternity testing involving close relatives and the mutation of loci. Through this research, we will provide a new effective assay in forensic paternity testing involving close relatives as well as an academic support for applying microhaplotype in forensic science and other related subjects.

STR遗传标记突变率较高，导致在近亲参与的二联体亲子鉴定中难以区分是由突变还是非亲生关系产生的矛盾分型，严重影响结论的准确性。包含Nonbinary SNP的微单倍型在以往的研究和本课题前期工作中提示是一种突变率低、多态性高的潜在法医学遗传标记。本研究拟通过生物信息学方法从前期研究数据和公共数据库中筛选位于低重组率区域的Nonbinary SNP-微单倍型，并从中选择Ae＞4的基因座；利用混池DNA样本的SMRT检测获得等位基因频率数据，进一步遴选适合法医亲子鉴定的基因座；基于筛选结果，利用MiSeq平台建立复合检测系统，并通过TA克隆测序验证结果的可靠性；通过对家系样本的调查，研究Nonbinary SNP-微单倍型的突变率和重组率，评价系统在涉及近亲参与的亲子鉴定中的效能。本项目的完成将为解决近亲参与的亲子鉴定案件提供新的思路，为微单倍型在法医学和其他相关学科中的应用提供理论支持。

近年来，亲子鉴定的需求逐渐增加，然而对亲子鉴定的要求为零失误。但是常规使用的STR遗传标记具有较高的突变率，导致难以区分在近亲参与的亲子鉴定中出现的矛盾基因座是由突变造成的还是近亲干扰造成的。尽管SNP遗传标记因其较低突变率而被推荐作为亲子鉴定的补充遗传标记，但是其多态性有限。因此，迫切需要一种兼具较高多态性和较低突变率的新型遗传标记用于法医亲子鉴定，以解决近亲干扰问题。微单倍型是Kidd教授提出的一种新型遗传标记，能够结合STR与SNP的优点，具有比STR更低的突变率和比SNP更高的多态性，可能是亲子鉴定的潜在有用遗传标记。为了解决亲子鉴定中的近亲干扰问题，本研究通过生物信息学方法筛选出38个位于低重组率区域的微单倍型，其中32个微单倍型含有Nonbinary SNP；基于筛选结果，利用Miseq测序技术成功建立了包含36个具有较高多态性和较低突变率的微单倍型复合检测体系；使用复合检测体系对54个中国汉族无关个体的36个微单倍型进行基因分型，其累积个人识别率和累积非父排除率分别为0.99999999999999999999999999999999799和0.999999999999368；家系样本中的36个微单倍型检测结果显示，38组父（母）子真二联体的亲子关系被正确支持，51组祖孙、叔（姑）侄假二联体的亲子关系被正确排除，仅有4组祖孙、叔（姑）侄假二联体的亲子关系无法确认。此外，亲子鉴定中也会遇到降解样本和未知样本等样本类型。为了解决亲子鉴定中遇到的降解样本问题，本研究基于Nonbinary SNP和Miseq测序技术成功建立了包含20个具有较高多态性和较短扩增子的微单倍型复合检测体系，可以有效地对降解样本进行亲子鉴定、个人识别以及祖源推断。为了解决亲子鉴定中遇到的未知样本问题，本研究基于Nonbinary SNP、表型信息SNP和Miseq测序技术成功建立了包含30个具有较高多态性或表型预测功能的微单倍型复合检测体系，可以有效地对未知样本进行亲子鉴定、个人识别、祖源推断以及表型预测。综上所述，本研究筛选出的多个具有较高多态性的Nonbinary SNP-微单倍型可以弥补已知微单倍型多态性差的问题，并且基于Miseq测序技术建立的多个微单倍型复合检测体系可以为近亲参与的法医亲子鉴定提供新的技术方法，还可以为解决亲子鉴定中遇到的降解样本和未知样本问题提供新的思路。