法医昆虫学PMI推断相关软件开发及应用

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嗜尸性昆虫生长发育规律可为死亡时间(Postmortem interval,PMI)推断提供独特视角,但不同昆虫其生长发育速率差异显著。因此,准确的昆虫种类鉴定方法是基于昆虫证据推断PMI的前提。传统昆虫种类鉴定主要依靠形态学方法,人工分析比较昆虫特异性结构,该方法主观性强、耗时且耗力。此外,精确推断嗜尸性昆虫生长发育时间需联合昆虫形态特征、发育积温、差异基因和碳氢化合物等方法,工作量大且繁琐。伴随新一代信息技术发展,智能逐步取代人工,相应的软件技术的创新和应用层出不穷。通过比较现有系统发育分析方法,收集翅脉形态特征,联合多种发育日龄推断方法,将种类鉴定与发育时间推断软件化,将复杂专业问题简单化、实用化。为后续法医昆虫学与现代信息技术结合提供了新思路。目的:(1)在全国范围内采集测序多个地区的嗜尸性蝇类样本,并在Gene Bank中筛选下载相关数据,对常见的嗜尸性蝇类系统发育分析方法进行研究,了解各个方法的适用范围,为法医昆虫学中分子鉴定提供新思路;(2)将嗜尸性蝇类形态学鉴定与现代信息技术结合,探索利用图像识别技术对蝇类翅脉鉴定的软件开发,丰富嗜尸性蝇类种类鉴定的方法;(3)对当前蝇类发育时间推测方法进行对比分析,并开发相关数据系统软件,为推广应用利用嗜尸性蝇类推断PMI的方法奠定基础。方法:(1)对常见系统发育分析方法的研究:在全国范围内采集蝇类样本、测序和Gene Bank中下载的数据,将其分为数个不同数据组,用ML、BI、NJ法分别对各个数据组进行系统发育分析,利用形态学特征鉴定与分子鉴定相验证进行对比分析;(2)蝇类翅脉鉴定软件开发:利用扫描仪采集蝇类的翅脉图像并进行预处理,然后自动获取图像翅脉特征点并进行分析研究,最后利用支持向量机分类器进行自动识别;(3)蝇类发育时间数据系统软件开发:对常见的蝇类发育时间推测方法的一般公式进行总结,利用sqlite数据库对数据进行存储、删除、修改和实现自动计算。结果:(1)对常见系统发育分析方法的研究:采集测序到嗜尸性蝇类7个属16各种,在三组不同数据组的系统发育分析方法的9张树图中对比发现,在嗜尸性蝇类种群中,BI法适用在样本多、数据量大的数据集里,ML法适合在远缘序列当中,NJ法适合在研究初期进行初步判断时使用;(2)蝇类翅脉鉴定软件开发:利用图像识别技术开发出基于支持向量机的PC端的嗜尸性蝇类翅脉识别软件,利用蝇类翅脉鉴定软件可以对7种嗜尸性蝇类进行种类鉴定,训练集中每个种40张图片验证成功率在85%以上,外部数据每个种20张图片中,成功率在65%以上;(3)蝇类发育时间数据系统软件开发:对棕尾别麻蝇在自然状态下的发育数据进行收集,并总结相关有效积温方法。构建利用体长-有效积温、差异基因、碳氢化合物三种方法来推测幼虫发育时间的数据系统软件。结论:(1)比较分析了常见的嗜尸性蝇类系统发育分析方法的差异和适用范围,为之后嗜尸性蝇类分子实验中系统发育分析方法的选用提供了相关依据;(2)开发了蝇类翅脉鉴定软件,拓展了种类鉴定的方法,为蝇类种类鉴定提供了新思路;(3)开发了蝇类发育时间数据系统软件,在实践运用中,简化了相关时间预测流程,进行信息化探索。
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