163个微单倍型基因座二代测序体系的构建及法医学应用研究

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[目的]建立基于二代测序技术(next generation sequencing,NGS)的微单倍型(microhaplotype,MH)复合扩增体系,探讨其在法医学实践,尤其是在混合物分析以及族源推断中的应用价值,为法医物证DNA检测分析提供新的有效工具。[方法]1.基于ALFRED数据库以及千人基因组计划数据库筛选覆盖人类22对常染色体的微单倍型基因座,建立基于二代测序平台的复合扩增体系。对构建的微单倍型复合扩增体系进行法医学验证,包括准确性、重复性和灵敏度等。2.对华东汉族92名无关个体的血液样本进行基因组DNA提取,在Illumina MiSeq FGx?平台对其进行微单倍型体系的二代测序分析。统计分析微单倍型基因座在92名无关个体的法医学参数,评估微单倍型基因座在该群体个人识别和亲权鉴定中的法医学应用价值。3.制备不同混合个体数和不同混合比例的DNA混合物,应用该体系进行测序分析,评价微单倍型体系对不平衡混合物的检测性能,并将结果与STR基因座的测序结果进行比较。4.基于华东汉族群体和千人基因组计划中26个参考群体的微单倍型信息,计算微单倍型基因座的信息度(informativeness,In),利用主成分分析(principalcomponent analysis,PCA)、STRUCTURE分析、遗传分化指数(F-statistics,Fst)分析和构建系统发育树评估所选微单倍型基因座在族源推断上的系统效能。[结果]1.本研究构建了覆盖22条常染色体、包含163个微单倍型基因座的二代测序复合扩增体系,该体系经Sanger测序验证分型准确,在DNA投入量低至0.03125 ng时仍可获得完整分型,具有灵敏度高和重复性好等特点。经二代测序检测得到了 92例华东汉族样本以及20例不同混合个体数、不同混合比的混合物样本测序数据。微单倍型测序数据质量较高,平均等位基因覆盖度(depth of coverage,DoC)均在30 ×以上。2.163个微单倍型基因座的平均有效等位基因数(effective number of alleles,Ae)为2.5276,在92例华东汉族样本共检测出610种微单倍型等位基因。在163个微单倍型基因座中,48个微单倍型基因座在中国华东汉族人群中的Ae≥3.0,以此计算的累积个人识别能力(cumulative probability of discrimination,CPD)为 1-8.26×10-44,二联体和三联体的累积非父排除概率(cumulative probability of exclusion in duo and trios,CPED和CPET)分别为1-1.26×10-8和1-8.27×10-16,且模拟父子对检验似然率显示与无关个体对不重叠。3.NGS-STR在检测高度不平衡的DNA混合物时,往往出现次要贡献者部分或全部的等位基因丢失,而利用微单倍型检测时,在9:1 比例的两人混合物和7:2:1比例的三人混合物中均可检测到最小贡献者完整的等位基因分型。对于四人和五人的混合物,STR基因座与微单倍型基因座均存在不同样本等位基因重叠的现象。4.对华东汉族群体和千人基因组计划中26个群体的生物信息学分析结果显示,本研究包含的163个微单倍型基因座的In值均在0.185以上,体系中的微单倍型基因座在全球不同群体中呈现出显著差异,通过PCA、STRUCTURE分析以及系统发育树构建,可将非洲、欧洲、南亚和东亚地区的群体进行区分。[结论]本研究构建了包含163个微单倍型基因座的复合检测体系,经验证,该体系准确性、重复性和灵敏度较好,检测所得测序数据质量较高。该检测体系可用于个人识别、亲权鉴定以及族源推断,并可在DNA混合物的检测分析中发挥较大优势,为法医学研究及实践工作提供新的思路和检测手段。
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