IBS 评分法鉴定全同胞关系及其临界值查询表的构建

2017-05-13李燃李成涛赵书民李海霞李莉乌日嘎张楚楚孙宏钰

法医学杂志 2017年2期

李燃，李成涛，赵书民，李海霞，李莉，乌日嘎，张楚楚，孙宏钰

（1.中山大学中山医学院法医学系，广东广州 510089；2.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063；3.上海五色石医学研究股份有限公司，上海 201200）

LI Ran1,LI Cheng-tao2,ZHAO Shu-min3,LI Hai-xia1,LILi2,WU Ri-ga1,ZHANGChu-chu1,SUN Hong-yu1

（1.Department of Forensic Medicine,Zhongshan Medical College,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510089, China;2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Shanghai Forensic Service Platform,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,PRC,Shanghai 200063,China;3.Shanghai Chromysky Medical Research Co.,Ltd,Shanghai 201200,China）

·论著·

IBS 评分法鉴定全同胞关系及其临界值查询表的构建

李燃1，李成涛2，赵书民3，李海霞1，李莉2，乌日嘎1，张楚楚1，孙宏钰1

目的建立包含不同个数STR基因座检测体系在不同错判标准下的IBS临界值和检测效能查询表。方法收集267对全同胞和360对无关个体血样，采用Golden e yeTM20A体系进行19个常染色体STR基因座的分型，按照《生物学全同胞关系鉴定实施规范》采用IBS评分法判定全同胞关系。通过理论推算，计算包含不同个数STR基因座检测体系在不同错判标准下的IBS临界值和检测效能。结果按照规范的IBS评分标准对全同胞和无关个体的鉴别效能为0.7640，错判率为0，理论推算和样本观察值相符。包含不同个数STR基因座检测体系的全同胞鉴定IBS评分临界值查询表构建成功。结论该规范的IBS评分法检测效力较高，错判率极低，判定结果相对保守。包含不同个数STR基因座检测体系的全同胞鉴定IBS评分临界值查询表为全同胞鉴定的结果评判提供了重要的参考数据，具有很好的应用价值。

法医遗传学；同胞关系；短串联重复序列；状态一致性

生物学同胞关系鉴定是亲缘鉴定中仅次于父权鉴定的主要类型，全同胞（同父同母）鉴定作为同胞鉴定中一种重要的类型，是目前国内外研究的热点。依据孟德尔遗传规律可知，同胞之间等位基因有1/4全不同、1/2半相同、1/4全相同的概率，使得同胞关系鉴定相对父权鉴定困难、复杂，鉴定结论也存在一定的风险和不确定性[1，2]。

2014 年司法部司法鉴定管理局发布了《生物学全同胞关系鉴定实施规范》[3]（以下简称《规范》），此规范基于状态一致性（identity by state，IBS）评分法提出生物学全同胞关系鉴定技术规范。针对常染色体短串联重复序列（short tandem repeat，STR）分型，该规范界定了当检测STR基因座数目分别为19、29、39个时，判定全同胞、无法判断、判定为无关个体的标准和检测效能，该方法直观、简单，促进了全同胞鉴定的实践。但实际检案中，由于使用的STR分型体系包含的基因座个数不尽相同，对于19、29、39个STR基因座以外的检测体系，该如何评判检验结果，本研究拟对此进行探讨。

1 材料与方法

1.1 IBS法进行生物学全同胞关系判定

1.1.1 样本

从中山大学法医鉴定中心日常检案中收集267对全同胞样本和360对无关个体样本。其中全同胞样本来自含有两个子代的三联体家系，排除子代为同卵双胞胎；无关个体样本为无亲缘关系的个体两两随机组合。

1.1.2 STR分型

采用Golden e yeTM20A［基点认知技术（北京）有限公司］复合扩增系统对D19S433等19个常染色体STR基因座进行分型，扩增产物经3500xl型基因分析仪（美国Thermo Fisher公司）进行电泳分离，应用GeneMapper®ID-X软件进行STR分型。

1.1.3 全同胞关系判定

对267对全同胞样本和360对无关个体样本STR分型结果分别进行IBS评分，获得每个基因座的ibs分值，计算累积IBS分值（表1），参照《规范》进行判定：（1）IBS≥22，倾向于生物学全同胞；（2）22＞IBS＞13，无法给出倾向性意见；（3）IBS≤13，倾向于无关个体。

表1 STR分型的IBS评分计算表

1.2 不同情况下全同胞鉴定IBS评分临界值的推算

1.2.1 无关个体对间

假定某个体某个STR基因座的基因型为AiAj（i≤n，j≤n，n为等位基因数），则两个无关个体由于随机出现等位基因全相同（即ibs=2）的概率为，等位基因全不同（即ibs=0）的概率为（其中k，l≠i，j），等位基因半相同（即ibs=1）的概率为［P（AiAj）× P（AkAl）］}。

1.2.2 全同胞对间

某个STR基因座上父母可能的基因型组合以及对应全同胞对间ibs评分的概率见表2。

表2 全同胞对STR分型的IBS评分概率

1.2.3 Golden e yeTM20A检测体系19个STR基因座的IBS评分概率分布推算

以中国南方汉族人群Golden e yeTM20A检测体系19个STR基因座的等位基因频率[4]为基础，按照1.2.1和1.2.2的方法，推算全同胞和无关个体IBS评分概率的理论分布（其中m、 n分别代表ibs=2、1的STR基因座的个数，P0、P1、P2分别代表19个STR基因座ibs=0、1、2的平均概率），并与方法1.1中实际案例的观察值进行比较。

1.2.4 包含不同个数STR基因座检测体系的IBS评分概率分布推算

将1.2.3获得的19个STR基因座的ibs评分概率平均值视为单个STR基因座的ibs评分概率，推算包含13～50个STR基因座检测体系的IBS评分概率分布）（其中N为检测体系STR基因座个数，m、n分别代表ibs=2、1的STR基因座的个数，P0、P1、P2分别代表19个STR基因座ibs= 0、1、2的平均概率）。分别计算≤0.001%、≤0.01%、≤0.05%、≤0.1%、≤0.5%、≤1%共6种错判率标准下全同胞关系判定的理论临界值、准确率和检测效能。

2 结果

2.1 IBS法进行全同胞关系判定的结果

参照《规范》对全同胞组和无关个体组样本的判定结果见表3。Golden e yeTM20A检测体系对全同胞组和无关个体组鉴定的效能为0.764 0，两组样本均无错判案例。

表3 IBS法进行全同胞关系判定的结果［例（%）］

2.2 Golden e yeTM20A检测体系19个STR基因座的IBS评分概率

通过理论计算，获得中国南方人群中全同胞和无关个体在19个STR基因座上ibs评分的概率分布（表4）。基因座DP值越大，全同胞和无关个体ibs=2的概率越小。全同胞和无关个体IBS评分概率的理论分布和本研究样本的观察值均符合正态分布特征，并呈现趋势一致性（图1）。理论判定结果和实际判定结果差异无统计学意义（P＞0.05，表5）。

2.3 包含不同个数STR基因座检测体系的IBS评分概率

通过计算，获得不同个数（13～50个）STR基因座检测体系的全同胞IBS评分临界值和效能查询表（表6）。

如图2所示，在相同错判标准的前提下，随着检测STR基因座数目的增加，系统的检测效能也不断提高，并逐渐趋近于1；在相同个数STR基因座体系下，允许的错判率越高，系统的检测效能也越大。

表4 19个STR基因座的ibs评分概率

图1 全同胞和无关个体IBS评分概率分布的理论值和观察值比较

表5 全同胞和无关个体IBS评分判定结果的理论值和观察值比较

图2 包含不同个数STR基因座分型体系的全同胞鉴定效能

3 讨论

本研究的IBS评分法，是基于两个体间共有等位基因的计数进行全同胞关系鉴定[5]。与ITO法[6]、判别函数法[6，7]相比，该方法不需使用具体的等位基因频率数据，不限于特定试剂盒，不涉及复杂的计算，分析简便、直观、快速，目前已被应用于同胞关系鉴定和法庭科学DNA数据库家系搜寻[8-10]。《规范》根据此方法制定，为生物学全同胞关系判定提供了科学依据和统一标准，促进了全同胞关系的鉴定实践。本研究采用本地区群体数据资料，按照该规范定义的标准，使用Golden e yeTM20A检测体系（19个STR基因座）对全同胞组和无关个体组鉴定的综合效能为0.764 0，与《规范》中的0.75接近，与孙云龙等[1]的研究结果76.77%一致。本研究对全同胞和无关个体两组样本共627对案例进行判定，结果无一例错判，另外全同胞组和无关个体组中无法判定的样本对分别占19.85%和26.39%，无法判定区域有较大空间，可见《规范》中判定标准的设置相对谨慎保守。

王静等[7]的研究显示，所选取的基因座越多，全同胞与无关个体间共有基因数的差异越大，因此可通过增加检测基因座减小错判的可能性。但是《规范》仅针对19、29、39个STR基因座的检测体系设定了判定界值，对包含其他个数STR基因座的检测体系该如何评判结果未进行说明，使得该规范在实际应用中欠灵活。本研究以中国南方汉族人群中19个STR基因座的频率为基础，通过理论推算的方式，计算包含不同个数STR基因座检测体系的IBS评分概率分布，以及不同错判标准下的临界值、准确率和检测效能。比较理论结果和实际案例观察结果，全同胞和无关个体19个STR基因座IBS评分概率的理论分布和观察值均符合正态分布特征，趋势一致。根据查询表，当体系为19个STR基因座时，6种错判率下对应的理论效能分别为0.437 920、0.648 450、0.769 851、0.862 882、 0.947804和0.963930，相应临界值的效能观察值为0.437 002、0.634 769、0.763 955、0.877 193、0.952 153和0.963317，孙云龙等[1]的研究数据计算结果分别为0.453 846、0.663 077、0.767 692、0.847 692、0.960 000和0.969231，三者数值均很接近。另外，本研究方法的理论结果，与根据王静等[7]的研究数据，计算检测体系分别为13个、19个、21个、39个常染色体STR基因座时，对应临界值下的效能也相近。因此，该方法可适用于任意个数STR基因座组合的体系，研究人员只需根据需要选取不同错判标准，即可查询到判定的IBS评分临界值以及对应的准确率和检测效能，从而增加该方法使用的灵活性。另一方面，从图2可以看出，随着检测体系STR基因座个数增加，系统检测效能也增加，当STR检测数目达到38个时，即使在≤0.001%的错判率下，体系检测效能也能达到0.95以上，当STR检测数目达到50个时体系检测效能达到0.99以上。对于本查询表的使用，建议选择的STR基因座满足《规范》中的标准，即DP≥0.9，或者选取DP值与Golden e yeTM20A检测体系的平均DP值（0.9272）接近的基因座。

此外，由于本方法允许一定的错判率，尤其当允许的错判率较低时，存在较大比例无法判定的“灰色区域”，在此情况下，建议进一步增加检测体系基因座数目，或者增加X-STR、Y-STR进行联合分析。本研究建立的查询表只适用于全同胞与无关个体甄别的鉴定，对其他亲缘关系（例如半同胞）尚需另外计算分析。

[1]孙云龙，杨金龙，穆立伟，等.IBS法和ITO法应用于全同胞鉴定中的探讨[J].中山大学学报（医学科学版），2014，35（3）：465-468.

[2]台运春，陆惠玲，吕德坚，等.常染色体STR鉴定同胞的应用探讨[J].中山大学学报（医学科学版），2006，27（3）：302-305.

[3]中华人民共和国司法部司法鉴定管理局.生物学全同胞关系鉴定实施规范：SF／Z JD0105002—2014[S].2014.

[4]Tong D，Chen Y，Ou X，et al.Polymorphism analysis and evaluation of 19 STR loci in the Han population of Southern China[J].Ann Hum Biol，2013，40（2）：191-196.

[5]Aoki Y，Nakayama Y，Saigusa K，et al.Comparison of the likelihood ratio and identity-by-state scoring methods for analyzing sib-pair test cases：a study using computer simulation[J].Tohoku J Exp Med，2001，194（4）：241-250.

[6]陆惠玲，周科伟，吕德坚，等.ITO法和判别函数法在同胞关系鉴定中的应用[J].法医学杂志，2009，25（2）：118-122.

[7]王静，刘雅诚，唐晖，等.共有基因数在同胞鉴定中应用的研究[J].中国法医学杂志，2004，19（4）：216-218.

[8]赵书民，李成涛，张素华，等.应用常染色体STR基因座共有等位基因数判别全同胞关系[J].法医学杂志，2009，25（4）：267-270.

[9]Ge J，Chakraborty R，Eisenberg A，et al.Comparisons of familial DNA database searching strategies[J].J Forensic Sci，2011，56（6）：1448-1456.

[10]Balding DJ，Kraw czak M，Buckleton JS，et al.Decision-making in familial database searching：KI alone or not alone?[J].Forensic Sci Int Genet，2013，7（1）：52-54.

Full Sibling Identification by IBS Scoring M ethod and Establishment of the Query Table of Its Critical Value

ObjectiveTo establish a query table of IBS critical value and identification power for the detection systems w ith different numbers of STR loci under different false judgment standards.MethodsSamples of 267 pairs of full siblings and 360 pairs of unrelated individuals were collected and 19 autosomal STR loci were genotyped by Golden e yeTM20A system.The full siblings were determined using IBS scoring method according to the‘Regulation for biological full sibling testing’.The critical values and identification power for the detection systems w ith different numbers of STR loci under different false judgment standards were calculated by theoretical methods.ResultsAccording to the formal IBS scoring criteria,the identification power of full siblings and unrelated individuals was 0.764 0 and the rate of false judgment was 0.The results of theoretical calculation were consistent w ith that of sample observation.The query table of IBS critical value for identification of full sibling detection systems w ith different numbers of STR loci was successfully established.ConclusionThe IBS scoring method defined by the regulation has high detection efficiency and low false judgment rate,which provides a relatively conservative result.The query table of IBS critical value for identification of full sibling detection systems with different numbers of STR loci provides an important reference data for the result judgment of full sibling testing and owns a considerable practical value.

forensic genetics;sibling relations;short tandem repeat;identity by state（IBS）

DF795.2

：A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.02.006

1004-5619（2017）02-0136-05

LI Ran1,LI Cheng-tao2,ZHAO Shu-min3,LI Hai-xia1,LILi2,WU Ri-ga1,ZHANGChu-chu1,SUN Hong-yu1

2016-10-09）

（本文编辑：张素华）

国家自然科学基金面上项目（81273347，81671873）；上海市法医学重点实验室资助项目（17DZ2273200）；上海市司法鉴定专业技术服务平台资助项目（16DZ2290900）

李燃（1991—），男，硕士研究生，主要从事法医物证学研究；E-mail：liran654@qq.com

孙宏钰，女，博士，教授，主要从事法医物证学研究；E-mail：sunhongyu2002@163.com