二代测序技术在法医学中的应用进展

近几年二代测序(second generation sequencing,SGS)技术的快速发展,使其在通量增大、读长增加的同时测序成本大幅降低,给生物学领域带来了新的突破,也使法医遗传学进入了一个新的发展阶段。本文从测序技术在法医遗传学的应用历程展开,回顾了测序技术对法医学遗传标记检测的重要性。以已有相关法医学研究应用的Roche、Illumina和Life Technologies三大测序技术公司推出的二代测序技术平台为例,探讨其在法医遗传学中的应用现状及潜能。目前可依赖这些平台完成DNA水平遗传标记(SNP、STR)、RNA水平遗传标记(m RNA、micro RNA)及线粒体DNA全基因组的测序。然而,技术产品的推出及验证、分析软件的成熟化、与现有数据库的对接、大数据使用中的伦理问题等都是决定该技术能否替代(或补充)成熟PCR毛细管电泳技术以及普遍应用于案件检测的关键。     

二代测序技术在法医遗传学中的应用研究进展(2011～2016)

对生物检材进行DNA分型是解决法医遗传学实践中个体识别和亲权鉴定问题的重要步骤,法医学实践中复杂生物检材和复杂亲缘关系鉴定等一直是现有的检测分析技术的难点和挑战。随着DNA技术的发展,新的检测分析技术不断引入到法医遗传学领域,以期提高检测效能。二代测序技术具有测序通量高、成本低等特点,能够获得样本DNA详细序列和相对含量等信息,有助于生物检材的检测和案件的分析。二代测序技术在法医遗传学领域的应用受到广泛关注,相关的应用研究逐渐增多。本文就目前法医遗传学领域借助二代测序技术对遗传标记分析的研究进展进行总结,希望能为相关研究和应用提供参考。     

法庭DNA技术与标准化

1 法庭DNA技术的发展与现状法庭DNA技术自1985年被首次应用以来,经过十多年的努力,已经由最初的限制性片段长度多态性检测(RFLP)发展到如今的扩增片段长度多态性检测(PCR-VNTR,PCR-STR)以及DNA序列变异测定等.人们充分利用DNA分子的序列多态性和长度多态性来进行个体识别,由此产生了DNA指纹技术,VN-TR-PCR扩增技术,STR-PCR技术,MVR-PCR技术,PCR测序技术等一系列新兴的法庭科学技术,促进了整个遗传科学和法庭科学的发展.     

法庭DNA技术的发展及展望

1 法庭DNA技术的现状 DNA技术自1985年应用于法庭鉴定以来,发展极为迅速,得到了广泛应用。已经由最初的以长度(RFLP)为基础的DNA指纹分型技术(DNA Fingerprinting)发展到如今的扩增片段长度多态性检测(PCR-VNTR,PCR-STR)及DNA序列变异测定等。其中应用比较普遍的几项法庭DNA鉴定技术分别为DNA指纹图技术、PCR扩增技术、DNA测序技术。     

二代测序技术在法医学中的应用

随着二代测序技术的快速发展,其高通量和低成本在生命科学领域应用广泛,测序的通量更高,测序时间和成本不断下降,使得其被广泛应用于微生物研究、古DNA研究、临床诊断、法医学研究等。本文阐述了二代测序技术平台及其遗传标记在法医学中的应用,包括STR分型、SNP分型、HLA基因型预测以及在降解检材中的应用等。     

法医学二代测序标准化进展与展望

二代测序技术可检测多种法医遗传标记获取海量序列信息,满足法医学实践中精准个体识别、复杂亲缘关系鉴定、特征刻画等应用需求。国内外已开展大量二代测序法医学应用科研工作,但由于缺乏行业标准,二代测序在我国公安实战中并未得到有效应用。目前,法医学二代测序的标准制定面临检测靶标特殊、测序技术流程和结果分析不统一等挑战。本文从核酸标准参考物、测序技术要求、序列多态STR等位基因命名规则等方面,梳理国外法医学二代测序标准化工作进展,并总结国内二代测序检测行业标准现状,希冀为我国法医学二代测序的标准建设提供思路和参考。     

二代测序技术在Y染色体遗传标记分型中的法医学应用

法医遗传学领域常利用Y染色体的父系遗传特点,对非重组区遗传标记进行检测并用于亲缘关系鉴定、混合斑检测、家系排查以及种族推断等研究。目前毛细管电泳仍是应用最为广泛的检测技术,基于该技术的商业化检测试剂盒及数据分析处理系统十分成熟。随着生物信息量的增长,传统检测技术通量低的弊端逐渐显现,推动了法医DNA分型技术的革新。近年来,二代测序(next generation sequencing,NGS)技术发展迅速,其应用已被推广到包括法医遗传学在内的各领域,为Y染色体遗传标记的检测提供了新的技术手段。本文就NGS技术应用于法医学Y染色体遗传标记检测的研究现况和应用前景进行阐述,以期为后续司法实务提供新思路。     

人类DRB基因单核苷酸多态性研究

目的建立一种对单核苷酸多态性(SNPs)位点进行复合检测的方法,并对人类DRB基因的单核苷酸多态性进行研究。方法 应用荧光标记双脱氧核苷酸进行单碱基延伸反应,同步检测人类DRB基因10个单核苷酸多态性位点。结果 应用该方法检验了人类标准细胞株K562、9947A及其他法医学常见生物检材,包括血斑2份、精斑5份、烟蒂8份、毛发3份,各样品间未发现相同的单核苷酸多态性组合单倍型。DNA模板需要量仅为0.5~1.0ng。结论 该方法是对微量生物物证进行个体识别鉴定的理想方法。同时还可为法医学及其他研究领域进行单核苷酸多态性分析提供快速、高效的技术手段。     

单分子测序技术法医学应用研究进展

测序技术从20世纪中后期开始出现,取得了飞速发展的同时,并逐渐应用于多个领域。单分子测序技术作为第三代测序技术,可以说是测序技术历史性的一次革新。单分子测序技术主要通过实时动态监测核苷酸序列变化在分子水平进行测序分析,具有超长读长、测序速度快、RNA序列和表观修饰位点直接检测等优点,为科研人员开展试验提供丰富的选择。本文系统地介绍了单分子测序技术的概况,并对其在法医学领域的运用进行展望。     

基于Ion Torrent PGM~(TM)测序系统的人mtDNA全测序分析

目的应用Ion Torrent PGM~(TM)测序系统对人线粒体DNA(mitochondria DNA,mtDNA)全序列进行分析检测,研究不同组织间mt DNA序列差异情况。方法通过法医尸体检验采集6名无关个体的组织样本,包括胸腔血液、头发、肋软骨、指甲、骨骼肌和口腔上皮。使用4对引物对线粒体全序列进行扩增,应用Ion Shear~(TM)Plus Reagents试剂盒和Ion Plus Fragment Library试剂盒等构建文库,并在Ion Torrent PGM~(TM)测序系统上进行线粒体基因组全序列测序,并针对异质性位点和在HVⅠ区域突变位点,进行Sanger测序验证。结果所有样本的全基因组mtDNA都扩增成功,6名无关个体分属于6种不同的单倍型,同一个体不同组织之间mtDNA存在异质性差异。异质性位点和HVⅠ区域突变位点采用Sanger测序结果均得到验证。通过Kappa统计方法进行一致性检验后发现,相同个体不同组织的mtDNA序列检验结果仍具有较好的一致性。结论本研究所采用的人线粒体基因组全序列的测序检验方法,可以检测出同一个体不同组织间mtDNA的异质性差异,该差异具有较高的一致性,该结果对mtDNA在法庭科学中的应用具有指导作用。     

降解生物检材DNA分析研究新进展

在法医检案过程中,如何从降解生物检材中获得正确的DNA分型是法医学界的一个难题。本文对降解生物检材DNA分析研究取得的新进展进行综述,从检案的各个环节出发对近年来提高DNA分型成功率的方法和技术进行了详细介绍,例如新型遗传标记的开发和二代测序技术的应用等。希望为降解检材的分析提供新的思考和方法。     

基于二代测序的混合检材精细化分型研究

目的基于二代测序平台进行混合检材精细化STR分型,并评估其法医学应用价值。方法收集性侵案件中3例混合检材及其比对样本,采用M48磁珠提取纯化试剂盒提取样本DNA,使用Foren SeqTM DNA Signature Prep试剂盒制备文库,Mi Seq FGx平台进行测序,Foren SeqTM Universal Analysis v1.2.1软件进行数据分析,将STR序列多态分型与长度多态分型进行比较。结果对3例混合检材STR分型进行拆分,在D3S1358、D13S317与D9S1122基因座发现存在同一长度多态等位基因包含两个个体的序列多态等位基因的情况。结论二代测序技术可对混合检材进行精细鉴别,为混合分型数据拆分提供更多线索和依据。     

线粒体DNA单倍型在回族等群体识别中的法医学应用研究

甘肃省位于古丝绸之路的上游地区,是古代连接东亚和中亚地区的最主要通道。该地区多种族人群频繁流动,通婚、战争等事件也频繁发生,造成该地区人群结构复杂,不同人种、不同民族的人群频发基因流现象。通过二代测序方法研究18个单倍型在回族、东乡族以及汉族人群486个无关个体线粒体DNA中的分布,并与蒙古族以及东亚、中亚、西亚以及欧洲人群数据进行比较。从而以线粒体DNA为基础分析该地区世居回族、东乡族及汉族人群的遗传关系,并探讨其在法医个体识别中的应用前景。     

全外显子组测序对肥厚型心肌病猝死者的基因分析

目的在全外显子组水平分析1例肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)猝死病例的相关致病性基因突变。方法对1例具有HCM病理学特征的猝死病例样本,利用Illumina~Hi Seq 2500平台进行全外显子组测序(whole exome sequencing,WES)。测序数据分析以hg19为参照序列,筛选可疑的单核苷酸变异位点,通过PhyloP、PolyPhen-2、SIFT等软件进行突变的保守性和功能分析。结果经过筛选,发现该病例的MYBPC3基因发生C719R杂合突变。结论利用二代测序技术进行全外显子组水平的分子解剖(基因突变检测和分析),有助于明确HCM的分子机制,并为死因分析提供新的方法和思路。     

DNA使死囚在临刑前死里逃生

由于DNA(脱氧核醣核酸)血液鉴定的结果,美国66名被叛重罪的囚犯(其中8名已判死刑)被宣告无罪释放。这个检测手段如此神奇,如此有效,美国伊利诺斯州的州长在激动之余宣布该州的死刑判决统统延期执行,以便让律师们通过这DNA鉴定手段来杜绝冤假错案。连美国总统克林顿也情不自禁地打算提出建议:延期执行美国50个州的死囚的处决。     

法医DNA分型 第一讲 DNA多态性基本原理

DNA (脱氧核糖核酸 )是生物遗传物质。DNA分型技术在法医物证鉴定中应用日益广泛 ,在各类重大刑事案件的侦破中发挥了越来越重要的作用。近 10多年 ,是法医学发展最快的时期 ,DNA分型技术跨了两大步 :1985年建立的第一代分型技术———DNA指纹 ,实现了物证鉴定从否定到认定的历史性转变 ;进入 90年代 ,PCR (聚合酶链反应 )技术问世 ,可以在体外完成扩增复制靶DNA片段的全过程 ,是生命科学一项划世纪的进展。以PCR为基础的第二代DNA分型技术在检测灵敏度上有重大突破 ,解决了半个多世纪以来困扰法医的微量、陈旧、腐败检材鉴定的难题。DNA分型的高科技 ,以其无可争议的认定或否定的鉴定结论 ,为法庭提供确凿的证据 ,成为打击犯罪的有力武器。从本期起 ,对《法医DNA分型》进行专题讲座 ,将分期介绍DNA多态性基本原理 ,DNA分型结论的评估 ,法医DNA分型技术与方法 ,以及DNA分析技术展望等四个部分 ,以飨读者     

运用二代测序技术拆分混合STR分型

目的探讨二代测序技术在混合STR分型拆分中的应用。方法对一例强制猥亵妇女案中受害人颈部的拭子和血样作DNA提取,以Precision ID GlobalFiler^TM NGS STR Panel v2试剂盒制备文库,经Ion S5测序仪测序,运用Torrent_Suite_v5.2.1软件进行数据分析后,将检测基因座的序列多态STR分型与长度多态STR分型进行比较。结果在D8S1179、D21S11、D2S441、D2S1338、D10S1248五个基因座发现存在序列特异的等位基因亚型,利用这些亚型对混合STR分型进行了成功拆分。结论二代测序技术提供的等位基因序列信息可对混合STR分型的拆分起到帮助作用。     

法医学二代测序STR分型准确度与测序深度的关联性评估

目的利用实验数据对法医学二代测序STR分型测序深度与分型结果准确度的关联性进行评估。方法使用商业化基因组DNA制备单一来源和混合的DNA样本,以Thermo Fisher公司的25重早期测试试剂盒进行目的STR片段扩增,每种扩增产物分别使用4种不同的序列标签平行建库,并控制标记每一种序列标签的文库上机量依次占一张Ion 318芯片的1/4、1/8、1/16、1/32。经Ion PGMTM基因测序仪测序,以及Ion Torrent SuiteTM软件进行数据分析;同时对庞敬博等人发表的基于相同试剂盒和测序仪检测的95名中国汉族无关个体的6928条等位基因、影子峰和噪音序列进行测序深度统计分析,寻找测序深度与STR分型准确度的关联性。结果各基因座测序深度随文库上样量减少而呈明显下降趋势。对于单一来源样本,每张芯片上样不超过8个均一化文库可实现全部基因座的完整分型;对于1∶20比例的混合DNA,每张芯片上样不超过4个均一化文库时,未发现微量组分的等位基因丢失。人群数据测序深度统计显示,该体系基因座间存在不均衡性,有必要针对各基因座分别设定分析阈值参数。结论测序深度与法医学STR分型结果的准确性密切相关,各基因座最低测序深度与平均测序深度的比值可作为设定分析阈值的重要参考指标。本研究确定的单张芯片上样数量仅适用于本实验体系,但相关实验设计和方案可供其他实验体系开展类似工作参考。     

18例案件物证Amp—FLP检测分析

80年代中期建立的聚合酶链反应(PCR)技术,以基因组DNA为模板在DNA聚合酶催化作用下,由一对寡核苷酸引物引导,在体外扩增靶DNA片段。经过约30个循环反应,靶DNA片段可扩增100万个拷贝。PCR技术使法医物证检验的灵敏度大为提高,达到纳克级DNA的超微量水平。近10年来,PCR技术在法医界迅速得以推广与使用,被称为第二代DNA分型技术。人类基因组内可变数目串联重复序列(VNTR)位点具有极高多态性,VNTR位点和片段长度等位基因多达数十,甚至数百。运用PCR技术扩增VNTR位点并经片段长度多态     

DNA甲基化年龄推断模型在华东汉族人群中的跨平台应用

目的 评估基于DNA甲基化年龄推断模型在华东汉族人群中的法医学应用价值,为探索适用于不同检测平台的年龄推断模型提供理论依据。方法 根据已发表的中国汉族人群血液DNA甲基化年龄推断模型中6个年龄相关甲基化位点,使用焦磷酸测序和下一代测序（next-generationsequencing,NGS）技术分别检测48例样本的DNA甲基化水平,分别将其代入年龄推断模型后计算预测年龄,并与真实年龄进行比较。结果 两种检测技术下6个甲基化位点都与年龄相关,使用焦磷酸技术的R2为0.85,平均绝对误差（medianabsolutedeviation,MAD）为4.81岁,使用NGS技术的R2为0.84,MAD=4.41岁。结论 该血液DNA甲基化年龄推断模型可以在焦磷酸测序与基于NGS的多重目的区域甲基化富集测序技术下使用,并能够较为准确地推断年龄。