DNA亲缘关系数据分析管理系统的开发与应用

巫家盛,张 何,孙宏钰,袁 红,曲春冰,李海霞

(1.广东省东莞市公安局,广东 东莞,523008;2.中山大学中山医学院 法医系,广东 广州,510080)

DNA亲缘关系数据分析管理系统的开发与应用

巫家盛1,张 何1,孙宏钰2,袁 红1,曲春冰1,李海霞2

(1.广东省东莞市公安局,广东 东莞,523008;2.中山大学中山医学院 法医系,广东 广州,510080)

选用 C/S(客户端 /服务器)模式,采用 SQLServer2000数据库,设计出一套适合实验室使用的DNA亲缘关系分析处理系统,使之包含案件登记及数据录入、亲权指数及相对亲权关系概率计算、基础数据库及档案管理三大模块。经过多次实验证明DNA亲缘关系分析处理系统能用于同胞及其他亲缘关系鉴定案例的分析处理,并具有档案管理的功能,能提高鉴定工作效率和工作质量。

法医物证;ITO;亲缘关系;软件

法医物证学在解决亲子鉴定问题的过程中,除了常规的父母子之间的亲权鉴定,还常常需要涉及到同胞、旁系、隔代亲缘间的血缘关系鉴定,如兄弟、叔侄、祖孙等。ITO方法是基于孟德尔遗传规律,可用于计算两个体间各种亲缘关系可能性的经典方法。但该法人工计算繁杂,需对每个STR基因座逐一利用公式进行繁琐的计算,费时费力,容易出错。鉴于此,针对 PCR-STR分型结果,笔者开发了一套适合于亲缘鉴定的数据分析管理系统,用以分析、计算、判定结果、管理档案。

一、材料与方法

(一)系统配置

软件架构采用 C/S(客户端 /服务器)模式,标准为 3个客户端 1数据服务器,见图 1,数据库采用 SQLServer2000,可以与某一客户端安装于同一电脑上,支持W inXP/W in2000操作系统。对硬件无特殊要求。

图 1系统软件架构

(二)理论基础

1. ITO方法基本原理[1][2][3]

按照孟德尔遗传规律,两个体间在常染色体遗传标记上有 3种情况:即没有同源基因;有 1个同源基因;有 2个同源基因。以系数Φ表示两个体基因型出现这三种情况的概率,分别为Φ0、Φ1、Φ2且Φ0+Φ1+Φ2=1。给定甲乙两个体常染色体基因型,以 I、T、O分别表示乙与甲 “有 2个、有 1个、没有”同源基因时,乙出现该基因型的概率。两者是否有某种血缘关系的机会大小表示为 R,即 R=Φ0O+Φ1T+Φ2I。

2.亲缘关系亲权指数的计算

根据标准三联体检验中亲权指数 (PI)的计算原则,在亲缘关系的计算中,假设甲、乙两人有某种亲缘关系 (Hp),或者是无关个体 (Hd),这两种假设的机会 (Rp或 Rd)的比值即为亲权指数 PI,通过测定多个 STR基因座可得出 CPI。参照文献[2],按照W=CPI/(CPI+1)计算亲缘关系概率W,当W>99.95%,强力支持两者之间具有该亲缘关系;当 95%

(三)软件设计

1.设计要求

本软件可实现数据输入,完成亲权指数和相对亲权概率的计算;必须适用于包含不同 STR位点组合的各种试剂盒,并能根据具体情况选择适合的 STR位点基因频率方案;界面直观,符合中国人的思维习惯;可方便地进行网络应用;开发、维护方便,成本低。

2.开发思路

系统由三大模块组成:一是资料登记及信息录入模块,包括检验报告基本资料的输入、编辑和储存,STR分型数据自动导入;二是数据分析模块,包括亲缘关系计算类型选择,亲缘关系亲权指数和相对亲权概率的计算、个体识别偶合率和似然比的计算,各种计算公式均来源于文献;三是系统设置模块,包括设定各种试剂盒的位点方案,调整各地人群的基因频率方案,用户账号和权限管理[4][5]。

3.使用方法简介

双击程序图标,输入用户名和密码后进入程序界面。点击 “新建报告”,输入报告编号、时间、样品的相关信息,选择相应试剂盒的位点模板以及适合该个案的频率方案后,自动导入或人工编辑 STR基因分型数据。

选择亲缘关系计算类型后点击 “位点计算”,系统自动计算各种亲缘关系的 CPI、RCP值,并在结论一栏中提示该种同胞关系的亲权指数及亲权概率。点击 “计算详细”一栏,可查看样品中每一个 STR位点的表型对应频率以及单一的 PI、RCP值 ,见图 2。

图 2软件界面

数据库设置: (1)检案登记数据库,用于检验报告中基本资料的储存、查询,设有如下字段:报告编号、报告人、报告日期、样品编号、姓名、性别、民族、存放时间、存放位置; (2)各个STR位点数据库:以常用的 STR位点命名 ,存储STR分型的结果 ,如 TPOX数据库用于存储所有检材 TPOX的分型结果 ,设有如下字段:基因座名称、等位基因名称、片段长度、重复次数;(3)STR位点等位基因频率数据库:属资源型数据库,存储 STR位点等位基因频率,可分别定义不同人种地区等位基因频率方案,见图 3。

图 3基因频率数据库

4.案例应用

案例:2008年 12月某日于东莞市塘厦镇发现一具高度腐败的男性尸体,由法医鉴定死者年龄约 40岁左右,系被他人用钝物打击头部致颅脑损伤死亡,通过调查怀疑死者为冯某,42岁,香港人。但由于死者父母已故,又无子女,只有一名姐姐,要求鉴定同胞关系以确认尸源。提取死者软骨样本与怀疑其姐姐的血样,采用 Identifiler+Sinofiler+Powerplex16系统复合扩增 19个 STR基因座,将基因型输入系统后计算 PIfs和Wfs,PIfs=0.25×2.4281×11.2758×11.6766×3.1604×0.7308×1.3621×1.0929×29.6112×0.7904×1.0076×2.7223×1.9682×0.25×7.2406×1.9837×0.25×1.2266×1.1759=44955.006。Wfs=99.998%。结合死者家属对死者衣物的指认,作出认为具有同胞关系的结论。破案后证实死者确系冯某。

(二 ) 讨论

1.DNA亲缘关系数据分析管理系统的优缺点

该管理系统具备以下优点: (1)使用简单,使原来繁琐的 ITO方法的计算过程大大简化,能同时提供多种亲缘关系的数据参考并附有详细的计算过程;(2)扩展功能强大,内置的 STR位点分型及等位基因频率数据库均可以编辑更新,针对不同人种地区,调查计算或者参考文献定义基因频率方案,使亲缘关系的计算更为精确;(3)数据管理功能完善,检案登记数据库提供了多个条目的标记,包括案件编号、报告日期、样品信息等,查询便捷准确;(4)软件架构采用 C/S(客户端/服务器)模式,并提供人性化的用户帐户及权限管理。

不足之处:功能较为单一,对三联体检验、个体识别的混合斑检验支持不够;数据处理量有限。

2.今后软件升级需增加或改进的功能

本软件有待于如下方面的改进: (1)增加三联体、混合斑的检验计算功能; (2)进一步完善等位基因频率数据库,加入常用 STR位点的突变率一项;(3)增加鉴定文书的生成与打印功能。

三、结论

DNA亲缘关系数据分析管理系统具有界面友好、功能灵活、可实现网络化操作、易于维护的特点,适用于实验室对于亲缘关系鉴定的分析、计算、管理应用。

[1]Li CC,Sacks L. The derivation of joint distribution and correlation between relatives by the use of stochasticmatrices.Biometrics,1954,10:347.

[2]陆惠玲,杨庆恩.用 ITO方法计算两个体间的血缘关系机会 [J].中国法医学杂志,2002,(3):188-191.

[3]陆惠玲,刘秋玲,台运春,等.常染色体 STR遗传标记在同胞鉴定中的应用 [J].中国法医学杂志,2003,(3):154-156.

[4]蔡颖,黄创杰,相大鹏,等.小型实验室专用亲子鉴定管理软件的开发与应用 [J].中国司法鉴定杂志,2006,(3):13-15.

[5]高玉振,应斌武,吴谨,等.亲子鉴定数据管理软件的开发与应用 [J].中国输血杂志,2002,(4):282-283.

责任编辑:马 睿

A bstract:To develop the appraisal system of generic relationship in paternity test can increase work efficiency.One way is to adopt C/Smode integratingwith database SQLServer 2000 and the common methods of ITO to design the proper appraisalmanagement software.This software will include three majormodules,namely,data entry and maintenance,paternity index and relative paternity ratio calculation,and data management.The results show that this appraisal system can be applied to cases involving genetic relationship to increase work efficiency and quality.

Key w ords:genetic relationship;STR;ITO;PI

The Development and Application of Data AnalysisManagement System in DNA Genetic Relationship

W u Jia-sheng1,Zhang He1,Sun Hong-yu2,Yuan Hong1,Qu Chun-bing1,L i Ha i-xia2
(Dongguan Public SecurityBureau of Guangdong Province,Dongguan 523008,China;Dept.ofMedical Jurisprudence,Zhongshan School ofMedicine of Sun Yat-sen University,Guangzhou 510080,China)

DF795.4

A

1009-3745(2010)02-0102-03

2010-02-22

公安部应用创新计划项目 (2007YYCXGDST079);东莞市科技计划项目 (2007108101030)

巫家盛 (1982-),男,广东梅县人,广东省东莞市公安局刑警支队法医师,从事法医物证检验及研究工作;张何,广东省东莞市公安局刑警支队副主任法医师;孙宏钰,中山大学中山医学院法医系副教授;袁红,广东省东莞市公安局刑警支队副主任法医师;曲春冰,广东省东莞市公安局刑警支队主检法医师,李海霞,中山大学中山医学院法医学硕士研究生。