法医SNP系谱推断技术破获古汉墓被盗案1例

刘京 ，郭志芳，魏以梁，李鹰翔，管珊珊，赵雯婷，江丽，李彩霞

1.公安部物证鉴定中心 法医遗传学公安部重点实验室 现场物证溯源技术国家工程实验室，北京 100038；2.中国政法大学 证据科学教育部重点实验室，北京 100088；3.大同市公安局刑事技术支队，山西 大同 037000；4.安澜智能（深圳）有限公司，广东 深圳 510630；5.江苏师范大学 江苏省系统发育与比较基因组学重点实验室，江苏 徐州 221116；6.陕西师范大学计算机科学学院，陕西 西安 710119

1 案 例

1.1 简要案情和前期检验

2016 年3 月，山西某镇古汉墓被盗，现场提取嫌疑人遗留烟蒂1 枚，检出嫌疑人常染色体STR 分型，但未比中人员。由于当地当时未建立男性家族排查库，故未对Y-STR 分型进行检验。2020 年7 月，检验烟蒂获得Y-STR 分型，录入男性家族排查系统，比中案发地附近刘姓、马姓等8 个家系共计17 人（其中3 人分型一致，3 人有2 个位点分型不一致，11 人有3 个位点分型不一致）。检验男性家族排查库中人员血样的常染色体STR，与嫌疑人未比中，故使用法医SNP系谱推断技术对家系进行排查。

1.2 检验过程

1.2.1 DNA提取与STR检验

用MagAttract® M48 DNA Manual 试剂盒（德国Qiagen 公司）提取烟蒂DNA，用NanoDrop 2000c 分光光度计（美国Thermo Scientific 公司）进行定量。使用GlobalFilerTMPCR 扩增试剂盒、YfilerTMPlus PCR 扩增试剂盒（美国Applied Biosystems 公司）分别对提取产物进行常染色体STR和Y-STR分型检测。

1.2.2 全基因组SNP检测

使用美国Infinium Global Screening Array（GSA）芯片[1]（美国Illumina 公司）对烟蒂进行DNA 的全基因组SNP检测。检测结果经过数据格式转换、亲缘关系等级预测等生物信息分析后，用于法医SNP系谱推断。

1.3 数据分析及检验结果

1.3.1 基于状态一致性算法进行SNP系谱推断

状态一致性（identity by state，IBS）是指两个个体中共有的等位基因序列相同，被广泛应用于亲缘关系鉴定[2]。本项目组通过前期文献调研和算法参数优化[3-5]，搭建了基于IBS 算法的系谱推断算法：首先将全基因组SNP 检测结果转换为指定格式，然后使用IBS 算法计算个体间亲缘关系系数，最后据此计算个体间亲缘关系等级。

亲缘关系系数Øij表示从个体i、j中随机抽取的两个等位基因来源于同一祖先的概率。

其中NAA，aa为个体i、j基因型都为纯合子的标记数，NAa，Aa为个体i、j基因型都为杂合子的标记数是个体x的基因型为杂合子的标记数。亲缘关系系数相关阈值参照MANICHAIKUL等[5]的研究。

1.3.2 使用SNP系谱推断锁定重点排查家系

由于该案嫌疑人Y-STR 比中的家系人员多数在外地，逐个家系排查采样需投入大量人力物力，故急需锁定重点排查家系。由于现场烟蒂在前期已检验多次，剩余检材用于全基因组SNP 芯片检测，位点的检出率为76.9%，共496 222 个SNP 位点。鉴于SNP位点检出率不高，本项目组决定使用IBS 算法计算现场检材与17 份比中样本间的亲缘关系等级。经分析，推断马甲与嫌疑人有2 级亲缘关系，马乙、马丙与嫌疑人有4级亲缘关系（马甲、马乙、马丙的Y-STR 分型结果与现场检材一致），其他家系与嫌疑人均无7 级以内亲缘关系。据此，马姓家族相关成员被确定为重点摸排对象。

1.4 根据常染色体STR分型确定嫌疑人

马姓家系有3 个分支（图1），若烟头为马甲或马丙分支所留，现场烟蒂应与马乙或马丙存在1～2 级亲缘关系，经分析，烟蒂为马丁分支成员所留。由于马丁的父亲已于2016 年年底病逝，故对现场烟蒂、马丁母亲和马丁进行三联体STR 亲缘关系分析，结果见表1。结果显示，现场烟蒂、马丁母亲和马丁的STR分型符合孟德尔遗传定律，确认现场烟蒂为马丁父亲所留，累积三联体亲权指数为2.18×1011。

图1 马姓家系图Fig.1 The family tree of Ma

表1 三联体STR分型结果Tab.1 Typing results of triplet STR

2 讨论

法医SNP 系谱推断[6-7]是基于生物大数据对复杂亲缘关系进行分析，并应用于司法鉴定。法医SNP系谱推断技术可用于Y-STR 比中的大家系中重点小家系的锁定，进而显著减少大规模摸排的样本检验量，加快案件侦破速度。法医SNP 系谱推断分析的主流算法[8]是基于血缘一致性（identity by descent，IBD）片段长度的算法和基于IBS比例的算法。IBD 算法的优点是可以较为准确地预测7 级以内亲缘关系，缺点为[8]：（1）计算时需要基于背景人群参考数据进行同源染色体分离，运行时间较长且占用较多计算资源；（2）微量降解DNA 的SNP 位点检出率不高，会造成共享片段缺失，导致预测准确性降低。IBS 算法虽只能预测4 级及以内的亲缘关系，但该算法运行速度较快且准确性受位点检出率影响较小，故适用于位点检出率不高的样本。

本例样本位点检出率为76.9%，故优先使用IBS算法进行系谱推断。嫌疑人与马甲真实亲缘关系等级是2 级，与预测等级一致；嫌疑人与马乙、马丙真实亲缘关系等级是3级，与预测等级均差1级，分析其原因可能是检出率较低导致绝对准确率（预测等级与实际等级完全一致）降低，但均在1 级以内波动。通过分析，从8 个家系中精准锁定马姓家系成员，避免了多家系多地域的逐一采样排查，节省了大量人力物力。法医SNP 系谱推断技术的应用，将突破传统STR技术实验密集型的研究模式，将全基因组SNP 检测、高通量数据分析等新技术引入法医DNA 领域，使法医DNA领域迈向数据驱动型的智慧化研究时代。