Y—STR全自動比對一體化系統的設計與實現

張衡

摘 要：該文按照法醫DNA實驗室管理以及質量控制的相關標準和規范，利用計算機局域網絡建成一套規范的Y-STR信息錄入查詢比對系統。系統重點實現了對基因測序儀獲取的Y-STR數據進行自動批量導入數據庫，并自動比對數據進行分析處理，形成比對結果報告供刑偵破案專用。

關鍵詞：Y-STR 比對 網絡信息系統

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0000-00

人類的Y染色體是男性所特有的父系遺傳染色體，它只能由親代中的父親傳遞給子代中的兒子，因此在Y染色體上留下了基因的族譜，也就是說一個大家庭中祖、父、孫、伯或叔、堂兄或堂弟的Y-STR數據是一致的。利用同一父系家族的男性成員擁有相同的Y-STR這一特性，將犯罪現場提取到的Y-STR數據，與一定范圍內的家系進行比對，便可以追蹤識別犯罪行為人所在家系，從而大大縮小偵查范圍。

筆者按照法醫DNA實驗室管理以及質量控制的相關標準和規范，利用公安系統計算機局域網絡建成一個規范的Y-STR信息錄入查詢比對系統。系統重點實現了對基因測序儀獲取的Y-STR數據進行自動批量導入數據庫，并自動比對數據進行分析處理，形成比對結果報告供刑偵破案專用。另外系統可對犯罪嫌疑人和物證信息進行多條件、全模糊、動態查詢和檢索。該系統是一套基于局域網絡運行的多用戶工作平臺，可以通過廣域網絡實現與其他地域的DNA數據共享和數據交換。

系統的建成，不僅大大豐富和完善了公安部門Y-STR數據的積累和管理，而且極大地提高了Y-STR信息檢測比對的工作效率，減少人工處理的差錯，為刑偵部門解決案情提供了科學依據和有力保障。

1 系統設計

考慮到使用和后期維護的便利性，系統采用三層網絡訪問模式，即多瀏覽器+單Web服務器+多數據庫服務器+動態計算。瀏覽器端分為三級用戶登錄（包括：普通錄入員、管理員、超級管理員）；單web服務器主要處理錄入、查詢、比對、分析、顯示結果等過程；多數據庫服務器主要存儲系統所用到的人員、物證、Y-STR等數據（詳見文章第三部分）；動態計算部分是指系統采用的主要比對算法，用于快速、準確地分析顯示比對結果。系統總體架構如圖1所示。

2 數據庫設計

我國DNA數據庫的建設已經有近15年的歷史了，但是對Y-STR基因座數據庫的研究卻不常見。隨著Y-STR基因分析技術在案件偵破中發揮的作用越來越明顯，文章重點研究了“人員信息數據庫”“物證信息數據庫”“Y-STR基因數據庫”等7個數據庫的設計與建設。各數據庫之間的關系如圖2所示。

（1）人員信息庫：該數據庫主要用來存儲被測人員的基本信息，其中ID字段為唯一標識字段，LAB_NO字段與基因數據庫關聯，身份證號字段與全國公安身份證查詢系統關聯。

（2）基因數據庫：該數據庫是該系統中最重要的數據庫，主要用來存儲人員和物證信息相應的Y-STR信息，其中ID字段為唯一標識字段，LAB_NO字段與人員信息數據庫和物證信息數據庫關聯。

（3）物證信息庫：該數據庫主要用來存儲物證信息的基本信息，其中ID字段為唯一標識字段，LAB_NO字段與基因數據庫關聯。

3 主要功能

3.1 人員信息維護與管理

該功能主要針對與Y-STR相應的人員信息錄入與管理，主要包括：單個人員信息錄入；批量人員信息錄入（支持Excel的*.xls文件格式批量導入人員信息）；編輯、修改、刪除已錄人員信息。

另外，批量導入可以智能判斷加人工干預已錄實驗室編號和未錄實驗室編號，并可以在入庫前在線編輯導入數據格式和內容。

系統提供通過“實驗室編號、人員姓名、錄入者、性別”任一項快速查詢人員信息及相應Y-STR信息，也可以通過“實驗室編號、姓名、性別、樣本類型、人員類型、出生日期、身份證號碼、別名/綽號、文化程度、身份、涉案名稱、涉案性質、戶籍地、現住址、關押地類型、送檢單位、送檢時間、送檢人、送檢人電話、檢驗人、錄入者、錄入時間”任意單項或者組合模糊檢索人員信息。

3.2 物證信息維護與管理

該功能主要針對與Y-STR相應的物證信息錄入與管理，主要包括：物證信息錄入；編輯、修改、刪除已錄物證信息。

系統提供通過“實驗室編號、受理登記號、物證名稱、案件名稱、檢驗人”任一項快速查詢物證信息及相應Y-STR信息。也可以通過“實驗室編號、受理登記號、物證名稱、案件名稱、案發地點、案發時間、簡要案情、案件備注、物證備注、送檢單位、送檢時間、送檢人、送檢人電話、檢驗人、錄入時間”任意單項或者組合模糊檢索物證信息。另外還可以快速編輯物證信息相應的Y-STR信息。

3.3 Y-STR信息維護與管理

此部分功能是系統核心功能和最主要的部分，主要包括：單個Y-STR信息錄入；批量Y-STR信息錄入（支持DNA測序儀獲取的*.dat文件格式批量導入）。

批量導入可以自動檢測dat數據中的Y-STR數據條目，可以智能判斷在“Y-STR數據庫”“人員信息庫”“物證信息庫”中是否存在dat數據中檢測出的各實驗室編號。

Y-STR信息入庫同時可以比對出所錄信息與Y-STR庫中已有信息是否有大于或等于13項相同值的記錄，并自動記錄相同值的數量。另外，系統支持任意Y-STR信息的比對、編輯、修改、刪除。通過“實驗室編號”“檢驗人”任一項快速查詢Y-STR信息及相應人員或物證信息，也可以通過“實驗室編號、檢驗人、錄入時間”任意單項或者組合模糊檢索Y-STR信息。

4 結語

有效地建立Y-STR數據庫并應用于公安刑偵工作，并對數據庫建設中數值比對方法和提高比對速度的問題進行全面的研究十分必要。廣泛收集樣本和數據，驗證和比較當前常用的Y-STR基因座并尋找適合的比對方法，探索突變的數學模型，運用適當的網絡信息系統建設方法，解析與常染色體STR聯合使用的結果，結合實際辦案不斷總結問題和需求，可以為我國Y-STR數據庫的建設及高效應用打下良好的基礎。

參考文獻

[1] 侯叢.DNA數據存儲與比對技術研究[D].西安：西安電子科技大學，2004.

[2] 于兆新.Y-STR分型在偵破案件中的應用[J].河南科技大學學報：醫學版，2013，31（1）：45-46.

[3] 楊玉章.Y-STR DNA數據庫建設及應用[J].河南警察學院學報，2013，22（5）：47-53.

[4] 劉冰.現階段我國DNA數據庫發展的幾個關鍵問題[J].刑事技術，2015，40（4）：318-323.

[5] 葛建業，嚴江偉，謝群，等.中國Y-STR數據庫建設相關問題探討[J].法醫學雜志，2013，29（3）：212-215，221.