《復雜親緣關系鑒定技術研究》課題研究進展

邊英男，侯一平，張素華，徐友春，莊斌

（1.司法鑒定科學研究院上海市法醫學重點實驗室上海市司法鑒定專業技術服務平臺，上海200063；2.四川大學基礎醫學與法醫學院，四川成都610207；3.清華大學醫學院生物醫學工程系，北京100084；4.博奧生物集團有限公司，北京102206）

親緣關系鑒定廣泛用于訴訟、仲裁、公證、調解、認親、繼承、移民、遺傳咨詢、遺骸認領、交通事故處理以及器官移植等多個領域，在保障司法公正和維護社會公平正義中發揮著重要作用。近年來涉及全同胞關系鑒定、半同胞關系鑒定、叔侄關系鑒定等復雜親緣關系鑒定訴求逐年增加。然而，現有法醫學復雜親緣關系鑒定技術并不能完全滿足需求。犯罪現場檢材DNA的部分降解或混合以及受檢家系成員缺失是造成法醫學親緣關系鑒定復雜性的重要原因。這樣的復雜性使法醫DNA分型面臨巨大的挑戰。

本課題針對當前我國司法鑒定實踐中的迫切需求解決的復雜親緣關系鑒定難題，在“十二五”國家科技支撐計劃取得成果的基礎上，本著“重點突破、有限目標”的原則提出了由“新一代測序對復雜親緣關系鑒定研究”、“親緣關系鑒定技術的應用轉化研究”和“全集成自動化法醫遺傳分析系統研制”三項內容組成的“復雜親緣關系鑒定技術研究”。三項內容構成的有機整體既切合了目前迫切需要解決的技術難題，又針對法醫遺傳學發展趨勢，提出了從遺傳規律研究、高通量標記篩選、新型標記發現到技術應用轉化和自主知識產權核心關鍵技術研發為一體的整體解決方案。隨著該課題的開展，復雜親緣關系鑒定的關鍵技術將在更大程度上得以突破。

自2016年7月課題啟動以來，課題組根據研究計劃實施相關內容研究，采用新一代測序技術對復雜親緣關系中親緣關系參數的分布規律和不同遺傳標記的貢獻進行了深入研究，為復雜親緣關系鑒定探索了新型遺傳標記，初步建立了新的分析方法，并且在新型全集成自動化遺傳分析系統的開發上取得了重要突破。目前已取得的進展和階段性成果主要包括：

1 親緣關系樣本與數據信息庫的初步建成

親緣關系樣本庫的建立是項目得以順利實施的保證。目前，已經完成了親緣關系樣本的前期采集和信息化管理平臺及數據庫管理軟件的搭建，實現了樣本和數據信息由人工管理向系統化、信息化、標準化和專業化管理的升級，為面向行業開放和共享復雜親緣關系鑒定技術研究的最新成果提供保障。目前，親緣關系生物樣本和數據信息庫規模已達6 500人份。

2 兩人間三代內親緣關系個體間遺傳標記分布規律及特點的初步明確

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

圖1 基于“NGS+”的法醫遺傳標記分析體系和統計決策方法

3 自主知識產權核心關鍵技術的初步取得

為使研究成果能夠順利服務于司法鑒定實踐，本課題在理論研究成果向實際應用轉化方面下大力氣，積極推進自主知識產權核心關鍵技術的取得。目前，課題已完成一套基于高通量測序的273重SNP復合檢測體系的構建及其法醫學評估，結果顯示該系統多態信息含量豐富、通用性高且位點間相互獨立，并已申請專利。在該體系的基礎上，已完成106個STR基因座和3個血型系統多態目標區域的整合。目前的測試效果顯示，DNA水平的不同遺傳標記可在NGS平臺上完成并行檢測，檢測結果準確性、靈敏度均符合預期水平，下一步將對其進行深入優化，以期實現各苛刻條件下的實際應用，并將進一步豐富遺傳標記類型，使其在同一平臺上實現SNP、STR、Indel、多態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，本課題相關研究成果已申請專利4項。

4 基于微流控芯片的STR和SNP全集成自動化法醫DNA檢測裝置研究取得可喜進展

為了應對復雜親緣關系鑒定對遺傳標記類型和檢測數目的新要求，本課題擬開發的全集成自動化遺傳分析系統，包括：（1）用于多樣本、多指標、多位點分析的全集成微流控芯片，實現核酸提取、高通量陣列式擴增和毛細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，實現核酸提取的流體控制、擴增循環的溫度控制和激光激發熒光的共聚焦檢測等；（3）配套的檢驗試劑與芯片和儀器的優化。目前項目按照預定計劃有序地推進，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計和流體測試等既定目標，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突破（圖2）。本課題充分結合了國際上微流控芯片技術的最新研究成果，將核酸提取、擴增、檢測在微流控芯片上集成，有望成為世界上首款實現STR和SNP高通量集成檢驗的微流控芯片系統，實現數百個不同類型遺傳標記的全集成自動化快速檢驗。

圖2 全集成自動化法醫DNA檢測裝置溫控部分原型驗證實物