DNA分析技术在法庭科学中的应用*

□王怀锋，童 奇，苏立坚

（1.浙江警察学院，浙江杭州 310053）（2.安吉县公安局，浙江安吉 313300）（3.平阳县公安局，浙江平阳 325400）

DNA分析技术在法庭科学中的应用*

□王怀锋1，童 奇2，苏立坚3

（1.浙江警察学院，浙江杭州 310053）
（2.安吉县公安局，浙江安吉 313300）
（3.平阳县公安局，浙江平阳 325400）

DNA分析技术是当前法医生物物证鉴定中最主要的技术手段。STR分析技术主要应用于个体识别和亲缘关系确定等；SNP分析技术可应用于身份鉴定、亲权鉴定、始祖推断和表型推断；DNA测序技术可以实现快速、准确和自动化的物种鉴定，其中新一代DNA测序技术能够分析更多的遗传标记，有了创建全部遗传标记的能力。

STR分析技术；SNP分析技术；DNA测序技术；法庭科学；综述

法医DNA技术是指将分子生物学方法应用到法医学领域，对所涉及的生物检材DNA进行分析检验，达到个体识别及亲权鉴定的目的。从1985年英国遗传学家Alec Jeffreys首次报道了法医DNA指纹技术［1］，到如今，法医DNA技术已成为法医物证检验的常规技术。笔者就法医DNA分析主要技术中的STR分析技术、SNP分析技术和DNA测序技术的进展及应用进行综述。

一、STR分析技术

（一）常量检材STR分析。STR分析是当前法医生物物证鉴定和DNA数据库建设中的首选手段，主要用于个体识别和亲缘关系确定。除常见的常规16位点STR分析外，Y-染色体STR基因座检验 （YSTR）也常用于法医DNA分析中，在男女混合斑的检验中，利用Y-STR技术，可获得混合样品中男性成分分型，不受女性成分的干扰［2］，这不仅可以确定男性生物检材的来源，还可确证是几个男性的混合结果，因此Y-STR在确定轮奸案中犯罪嫌疑人人数、排除或指控犯罪嫌疑人等方面有重要的实用价值；Y-STR还可以用于对相关范围内家系中男性个体进行调查，缩小侦查范围，节约经费［3］；Y-STR在父子单亲亲缘关系鉴定时，常用作STR分析的补充。值得一提的是，在缺乏双亲认定姐妹亲缘关系及同父异母的姐妹亲缘关系认定时，X染色体的STR具有常染色体遗传标记无法比拟的优点，这已引起了法医DNA工作者的注意［4］。

（二）微量检材STR分析。在很多案件中常会碰到微量或混合检材的情况，联合运用单细胞显微捕获技术和少量扩增（Low Volume-PCR）系统对解决微量和混合检材问题具有重要意义［5］，显微操作细胞捕获技术是一种可靠准确的微量全基因组DNA制备方法，全基因组扩增 （Whole Genome Amplification，WGA）技术是一种对全部基因组序列进行非选择性扩增的技术。近几年来，对WGA技术扩增痕量DNA检材的研究日渐深入，这些研究可望用于刑案现场采集到的痕量DNA样品的扩增，为法医个体识别提供足量的DNA模板［6］。

（三）腐败检材STR分析。

1.Mini STR分析技术。在处理腐败检材时，常规的STR技术很难进行常规的扩增，Mini STR的引物更靠近常规STR引物开始于STR位点处，PCR扩增出的产物片段更小，对于降解严重的DNA样品可以获得更多的信息［7］。

2.SNP分析技术。单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphisms，SNPs），指单个核苷酸碱基的改变，导致核酸序列的多态性。SNP法医学的样本通常已经高度腐败降解或是只残留很少的DNA模板，单核苷酸多态性（SNP）为法医DNA分析提供了可能。SNP的法医学应用可分为四个方面［8］：（1）身份鉴定SNP，身份鉴定在法医学上与STR位点有着相同的功能，为身份鉴定提供基因信息，可以排除那些不能作为证据的样本来源或不具有亲缘关系的个体；（2）系谱推断SNP，系谱推断是通过家系中相关个体的基因型，追溯染色体片段的传递来推断单倍速型状态，在法医工作中主要用于亲权鉴定；（3）始祖推断SNP，始祖多态位点是遍布于人类基因组的SNP，并且在世界不同人群中的出现频率不同，它们能够用于判断样本的生物起源，从而间接地推测一些表型特点；（4）表型推断SNP，在一些案件中，如果能获得犯罪者的外貌特征信息将为调查的进行提供有价值的线索，目前为止，表型SNP的主要工作集中在色素沉着上，描述表型特点的SNP标记能更加准确地预测面部构像，从而为案件调查提供更多的线索。

二、DNA测序分析技术

（一）传统DNA测序技术。对DNA分析的终极方法是对其进行物理测序，目前用到最多的是对线粒体DNA的测序，线粒体DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）是细胞核外遗传物质［9］，线粒体内有些基因编码区进化缓慢，相对保守，但保守区中的可变区进化快，不同种属间差异大，故可用于种属的区分，常用到的基因有16S rRNA基因、12S rRNA基因和cyt b基因和COI基因线粒体DNA作为一种常用的分子标记，已在软体动物的系统发生、物种鉴定和种群结构等研究中得到广泛应用［10］。线粒体COI基因中的部分区域由于其变异速率适中并具有完善的通用引物，常被用作物种鉴定的DNA条形码。在DNA分类学（DNA Taxonomy，即以DNA序列作为生物分类系统平台）的基础上，加拿大动物学家Paul Hebert等对动物界，包括脊椎动物和无脊椎动物共11门13320个物种的线粒体细胞色素C氧化酶亚基基因序列比较分析，除腔肠动物Cnidaria外，98%的物种遗传距离差异在种内0%～2%，种间平均可达到11.3%，据此提出可以用单一的小片段基因来代表物种，作为物种的条形编码，为全球生物编码，即DNA barcoding（DNA条形码）是利用一段标准DNA序列作为标记来实现快速、准确和自动化的物种鉴定，类似于超市利用条形码扫描区分成千上万种不同的商品。如此，非物种专家亦能快速准确地鉴定物种，若此项技术应用于法医工作实践，势必促进法医工作的效能，为公安侦破相关案件缩小范围，提高效率。

（二）新一代DNA测序技术。相对于传统Sanger测序而言，新一代测序技术应运而生，它们利用大量并行处理的能力读取多个短DNA片段，然后拼接成一幅完整的图画。生产新一代测序仪器的公司主要有Roche公司和Illumina公司等，它们的新技术原理不完全相同，但业界都统一称为“新一代DNA测序技术（NGS）［11］”。如果对两代技术进行比较，第一代技术的特点可以说是“线性的”，仪器每次运行只能读取有限几个“道”上的测量数据，而新一代技术则是“平面的”，仪器每次运行可以读取整个平面上成千上万个测量点的数据。因此，新一代技术的测量能力要强大许多倍。

NGS的优点在于让我们能够分析更多的遗传标记，有了创建全部遗传标记的能力，我们将能够回答一些亲缘关系问题，在几年前这些问题的解决是无法想象的。有了NGS，我们能够一次对大量基因进行测序，并客观看待可能存在的所有变异，这为我们提供了信息，可能在富有挑战性的刑事案件中协助我们确定死因。在表型领域，当我们视图画出那个人的样子时，我们需要做大量工作来确定颜色-头发颜色、眼睛颜色、皮肤颜色。现在我们想要聚焦在与更具体的特征相关的标记上，如鼻子、耳朵、嘴唇和软组织的性状，卷发还是直发。这些特征也许已足以勾起某人的回忆，帮助识别修复的个体，让我们能够迈入传统的DNA亲缘关系分析，这就是NGS在生物血统标记发现上的真正价值。

［1］姜先华.DNA分析技术在法庭科学领域的进展［J］.综述与专论，2004（6）：1.

［2］Kreike，LehnerJ.A Sex determination and DNA competition in the analysis of forensic mixed stains by PCR［J］. Int J Legal Med，1995，107：235.

［3］李爱强、宋金平等.Y染色体STR检验技术在侦查破案中的应用［J］.中国法医学杂志，2006（21）（增刊）.

［4］张伟娟、周雪平等.X染色体遗传标记研究进展［J］.中国法医学杂志，2003（19）：250.

［5］亓冰、李彩霞、涂政等.单细胞显微捕获技术联合LV-PCR系统在法医学中的应用［J］.国际遗传学杂志，2009 （2）：84-88.

［6］蔡海强、柳海涛、史斌等.全基因组扩增技术及其在法医个体识别中的应用［J］.遗传，2010，32（11）：1119―1125.

［7］石云杰、周如华、周建东.应用AGCU Mini STR试剂盒进行亲子鉴定1例［J］.法医学杂志，2010（2）：160.

［8］景晶晶、李潭.法医学相关SNP的分类［J］.辽宁警专学报，2009（6）：61-63.

［9］高树辉.浅谈线粒体DNA分析在法医学中的应用［J］.中国人民公安大学学报（自然科学版），2004（4）：53-55.

［10］BataiUe M，Crainic K，Leterreux M，et a1.Multiplex amplification of mitoehondrial DNA for human and species idenfification in forensic evaluation ［J］.Forensic Sci hat，1999，99（3）：165-170.

（责任编辑：一凡）

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1674-3040（2013）02-0048-03

2013-02-25

王怀锋，浙江警察学院现代教育技术实验中心副主任；童奇，浙江省安吉县公安局刑事侦查大队法医室民警；苏立坚，浙江省平阳县公安局刑事侦查大队法医室民警。

*本文系浙江省公安厅重大科研项目 “ISSR指纹技术用于生物检材同一认定/排除研究”（项目编号：20100203）之阶段性成果。