全基因组核小体保护遗传标记的筛选及法医学应用探索研究

DNA profiles obtained from degraded biology samples was always a challenge in forensics. Nowadays there were 3 main strategies to analyze degraded DNA, such as increasing the sensitivity of the PCR reaction, specially designed primer, and as well as selecting markers which have high copy numbers. However, when facing with highly compromised sample types regularly encountered in casework, the investigation and try of a case often came to a deadlock due to the absence of DNA testing for some important biological evidences. Study on genetic loci protected by the intrinsic structural properties of DNA, such as nucleosomes would offer protection to the bound DNA by limiting access to enzymes, and develop forensic identification Kit for the DNA analysis of degraded sample types will have great research and practical value. Here, we aim to use the hydroxyl radical modification combined with high-throughput Whole Genome sequencing technique to assess the in vivo positions of nucleosome cores and identify polymorphic genetic loci with forensic DNA testing related cell type. After further forensic validation, multiplex fluorescence identification typing assay suitable for highly degraded sample based on the nucleosomes protected loci will be developed. Our study will further improve the theory of Nucleosome positioning and provide a valuable solution for the DNA analysis from degraded biology samples in forensics.

降解检材的DNA检验一直是法医DNA分析的难题。目前主要有增加PCR反应敏感性、特殊引物设计以及选择拷贝数多的遗传标记等几类策略。然而当面对法医学实际案件中千差万别的降解检材，仍然会经常面临由于无法获得一些关键性物证的DNA分型结果而使得案件侦查和审理陷入僵局。因此研究由于DNA本身的内在结构特性而受到保护的遗传标记，如核小体DNA受到组蛋白八聚体的保护作用，并在此基础上建立适合降解检材的法医DNA分型体系具有重要研究价值和现实意义。本研究利用能达到单碱基分辨率的高通量全基因组核小体测序技术及生物信息挖掘的方法，对法医学DNA检验所经常面临细胞类型的核小体定位进行系统研究，筛选可用于法医学鉴定的多态性遗传标记并建立针对降解检材进行法医DNA分型的体系。本研究预期将为核小体定位的理论得到进一步完善奠定基础，同时也为法医学降解检材DNA分析这一难题提供新的有价值的解决途径。

降解检材的DNA检验仍然一直是法医学上亟需解决的难题。因此挖掘和筛选能依靠DNA本身的内在结构特性而受到保护的遗传标记，并在此基础上建立针对降解检材进行法医DNA分型的探索性研究具有重要现实意义和研究价值。本研究采用高通量测序技术并利用生物信息挖掘的研究方法，针对法医学DNA检验所经常面临的样本的细胞核小体定位进行系统研究并建立定位图谱，筛选出可用于法医学鉴定的多态性遗传标记。在对所筛选的基因座进行法庭科学有效性验证的基础上建立针对降解检材进行法医DNA分型的体系，用来解决法医学降解检材DNA分型的难题。自项目立项以来，严格按照计划书的年度计划要求认真完成各项研究内容，目前已全部完成项目立项时的计划，取得了重要成果，为核小体定位的理论得到进一步完善奠定基础并且为法医学降解检材分析这一难题提供了新的有价值的解决途径。.一、获得了不同组织细胞的核小体精确位置以及各处的分布丰度。该部分的研究成果已作为中科院北京基因组研究所生命与健康大数据中心开发的国际上第一个全基因组核小体定位图谱数据库——NucMap（Nucleosome positioning map）的重要内容之一。.二、利用生物信息学方法共筛选出受核小体保护的11,897,115个SNPs和15，679个STR基因座建立了包含有40个SNP位点二代测序技术的复合检测体系。.三、建立了采用新一代测序技术建立法医DNA多标记高通量测序分析体系，该体系最多可同时检测6种DNA遗传标记717个位点；具有测序片段短、可深度测序，对降解检材分型成功率平均提高43.5%；检测长度差异的同时还可准确区分序列差异，可进行精细化分型，个体识别能力提高约6倍；较传统的方法区分能力提高约10倍等诸多优点。该体系是目前已知检测位点种类、数量最多，灵敏度最高的法医DNA检测体系；建立了全基因组扩增技术应用于低拷贝样本的法医学分析方法，为疑难生物检材的法医DNA分析提供了新的思路和方法。.四、发表文章13篇，其中SCI文章10篇，国内核心期刊3篇；出版译著一部，授权发明专利四项；会议报告5次，培养3名硕士研究生。