《复杂亲缘关系鉴定技术研究》课题研究进展

边英男，侯一平，张素华，徐友春，庄斌

（1.司法鉴定科学研究院上海市法医学重点实验室上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海200063；2.四川大学基础医学与法医学院，四川成都610207；3.清华大学医学院生物医学工程系，北京100084；4.博奥生物集团有限公司，北京102206）

亲缘关系鉴定广泛用于诉讼、仲裁、公证、调解、认亲、继承、移民、遗传咨询、遗骸认领、交通事故处理以及器官移植等多个领域，在保障司法公正和维护社会公平正义中发挥着重要作用。近年来涉及全同胞关系鉴定、半同胞关系鉴定、叔侄关系鉴定等复杂亲缘关系鉴定诉求逐年增加。然而，现有法医学复杂亲缘关系鉴定技术并不能完全满足需求。犯罪现场检材DNA的部分降解或混合以及受检家系成员缺失是造成法医学亲缘关系鉴定复杂性的重要原因。这样的复杂性使法医DNA分型面临巨大的挑战。

本课题针对当前我国司法鉴定实践中的迫切需求解决的复杂亲缘关系鉴定难题，在“十二五”国家科技支撑计划取得成果的基础上，本着“重点突破、有限目标”的原则提出了由“新一代测序对复杂亲缘关系鉴定研究”、“亲缘关系鉴定技术的应用转化研究”和“全集成自动化法医遗传分析系统研制”三项内容组成的“复杂亲缘关系鉴定技术研究”。三项内容构成的有机整体既切合了目前迫切需要解决的技术难题，又针对法医遗传学发展趋势，提出了从遗传规律研究、高通量标记筛选、新型标记发现到技术应用转化和自主知识产权核心关键技术研发为一体的整体解决方案。随着该课题的开展，复杂亲缘关系鉴定的关键技术将在更大程度上得以突破。

自2016年7月课题启动以来，课题组根据研究计划实施相关内容研究，采用新一代测序技术对复杂亲缘关系中亲缘关系参数的分布规律和不同遗传标记的贡献进行了深入研究，为复杂亲缘关系鉴定探索了新型遗传标记，初步建立了新的分析方法，并且在新型全集成自动化遗传分析系统的开发上取得了重要突破。目前已取得的进展和阶段性成果主要包括：

1 亲缘关系样本与数据信息库的初步建成

亲缘关系样本库的建立是项目得以顺利实施的保证。目前，已经完成了亲缘关系样本的前期采集和信息化管理平台及数据库管理软件的搭建，实现了样本和数据信息由人工管理向系统化、信息化、标准化和专业化管理的升级，为面向行业开放和共享复杂亲缘关系鉴定技术研究的最新成果提供保障。目前，亲缘关系生物样本和数据信息库规模已达6 500人份。

2 两人间三代内亲缘关系个体间遗传标记分布规律及特点的初步明确

本课题紧紧抓住遗传标记的类型与密度是导致法医学亲缘关系鉴定异常复杂的重要原因，依托新一代测序技术，发挥其高通量并行测序特点，探索新型遗传标记和新分析统计方法对复杂亲缘关系鉴定的意义。为此，本课题已经完成用于构建分析统计模型所需样本的高通量基因组数据检测工作，并在模型样本中初步明确了两人间三代内亲缘关系个体间遗传标记分布规律及特点，而且首次提出和建立了基于“NGS+”的法医遗传标记分析体系的统计决策方法（图1）。除常染色体遗传标记外，应用Y染色体STR（Y-STR）进行法医家系搜索也是复杂亲缘关系鉴定中急需深入研究的一项课题。YSTR法医家系搜索在缩小调查范围方面的重要作用已经得到甘肃白银案等一系列重大案的证明。然而，与一般亲权关系鉴定相似，由于STR的突变率高，所以同一父系的个体可能会发生突变而呈现出Y-STR分型不相同。这一现象使不同父系之间的鉴别界线变得模糊，使Y-STR进行法医家系搜索面临新挑战。为此，本课题应用我们首次提出的NGS+法医遗传标记分析体系，针对Y-STR单倍型分析无法找到与犯罪现场样本单倍型完全匹配的参比父系时的法医家系搜索，给出了解决方案，并且通过汉、藏、维、回四个民族无关男性群体样本及真实案件证明了该分析体系的科学性。目前，本课题相关研究成果已整理发表论文16篇（其中SCI论文14篇）。

图1 基于“NGS+”的法医遗传标记分析体系和统计决策方法

3 自主知识产权核心关键技术的初步取得

为使研究成果能够顺利服务于司法鉴定实践，本课题在理论研究成果向实际应用转化方面下大力气，积极推进自主知识产权核心关键技术的取得。目前，课题已完成一套基于高通量测序的273重SNP复合检测体系的构建及其法医学评估，结果显示该系统多态信息含量丰富、通用性高且位点间相互独立，并已申请专利。在该体系的基础上，已完成106个STR基因座和3个血型系统多态目标区域的整合。目前的测试效果显示，DNA水平的不同遗传标记可在NGS平台上完成并行检测，检测结果准确性、灵敏度均符合预期水平，下一步将对其进行深入优化，以期实现各苛刻条件下的实际应用，并将进一步丰富遗传标记类型，使其在同一平台上实现SNP、STR、Indel、多态性片段的全覆盖检测，以及常染色体、X染色体、Y染色体和线粒体DNA的人类全基因组检测。目前，本课题相关研究成果已申请专利4项。

4 基于微流控芯片的STR和SNP全集成自动化法医DNA检测装置研究取得可喜进展

为了应对复杂亲缘关系鉴定对遗传标记类型和检测数目的新要求，本课题拟开发的全集成自动化遗传分析系统，包括：（1）用于多样本、多指标、多位点分析的全集成微流控芯片，实现核酸提取、高通量阵列式扩增和毛细管电泳检测等单元的全集成；（2）与微流控芯片相配合的控制检测仪器，实现核酸提取的流体控制、扩增循环的温度控制和激光激发荧光的共聚焦检测等；（3）配套的检验试剂与芯片和仪器的优化。目前项目按照预定计划有序地推进，已完成集成核酸提取模块和高通量SNP检测模块的微流控芯片的设计和流体测试等既定目标，并在核酸提取硬件模块和高通量PCR温控模块的集成等方面取得了技术突破（图2）。本课题充分结合了国际上微流控芯片技术的最新研究成果，将核酸提取、扩增、检测在微流控芯片上集成，有望成为世界上首款实现STR和SNP高通量集成检验的微流控芯片系统，实现数百个不同类型遗传标记的全集成自动化快速检验。

图2 全集成自动化法医DNA检测装置温控部分原型验证实物