常染色体STR鉴定叔侄关系的应用

常染色体STR鉴定叔侄关系的应用

钱 水 1，2，杨荣芝1，刘伟民2，张一果2，佘延峰2，刘 超3， 黄代新1，杨庆恩 1（1华中科技大学同济医学院法医系）
【摘要】目的 探讨常染色体STR遗传标记用于鉴定两个个体叔侄关系的可行性。方法 用29个基因座检测20对叔侄个体和20对无关个体，ITO法计算叔侄关系指数（PIHS）与叔侄关系概率（WHS）,并比较两组WHS值及两个体间等位基因匹配情况的差异，对后者进行组间差异的χ2检验，并统计不同基因座数目下认定和排除叔侄关系的概率。结果 19对叔侄个体的WHS大于0.9973，20对WHS大于0.99；无关个体WHS均小于0.99，其中2对（10％）小于0.27％。叔侄个体间等位基因全相同的基因座个数为2～7个，平均4.45个，无关个体0～4个，平均1.85；等位基因全不同的基因座个数，叔侄个体3～9个，平均5.40，无关个体9～17个，平均12.1；等位基因半相同的基因座个数，叔侄个体15～20个，平均12.65，而无关个体9～18个不等，平均15.05。经χ2检验，叔侄和无关个体全不同的基因座数差异具有显著意义（P<0.05）,全相同和半相同的基因座数差异无显著意义（P>0.05）。检测16、20、24、29个基因座，叔侄个体的认定概率分别为30％、45％、85％、95％，而无关个体的排除概率无明显差异。结论 29个常染色体STR体系可用于鉴定叔侄关系。当两个体全不同基因座数大于或等于10个时，提示为无关个体；当两个体全不同基因座数小于或等于7个时，提示为叔侄个体。
【关键词】常染色体；短串联重复；叔侄鉴定
PCR-STR分型技术，尤其是高度多态性的特征，在特殊的亲缘关系鉴定中也能发挥作用，并且逐渐在各类亲缘关系鉴定中尝试和应用。对于叔侄关系鉴定，除了Y-STR能提供排除信息外，常染色体也能提供排除信息，单凭Y-STR不能确定叔侄关系。因此，检测常染色体STR基因座，根据PI和W值能否确定叔侄关系是一个值得探索的问题。本文以已肯定叔侄血缘关系对象，作29个常染色体STR基因座分型，用ITO法计算叔侄亲权关系指数，探讨其中规律以指导检案。
1材料和方法
1．1 样本
已肯定血缘关系的叔侄40例（20对）；无关个体40例（20对）作为假设叔侄对照。
1．2 STR基因座
29个常染色体基因座分别是：D19S253、D4S2633、D14S608、D12S391、FGA、D19S400、D12S1064、D16S3253、D15S659、D7S2846、D7S3048、D1S518、D9S925、D13S317、D16S539、D15S817、D1S1656、CSF、D8S1132、D9S1118、D16S3391、D5S2500、D5S818、VWA、GAB、D10S1415、D13S796、D3S1358、D6S1043
1．3 基因型判读
以本教研室制备的STR等位基因梯阶标准进行比照，进行样本基因型判读。
1．4 计算
以ITO法计算叔侄关系指数（PIHS）[1][2],按公式W=PI/(PI+1)计算叔侄关系概率（WFS）。
1．5 统计分析
参照文献[3]方法统计两组的叔侄关系指数和叔侄关系概率，分析每对个体同一基因座等位基因全不同、半相同和全相同情况，并比较两组的分布差异进行组间χ2检验。参照误诊率的概念[4][5]寻求根据全不相同基因座数预测叔侄或无关个体的界值，计算不同界值下的预测错误率。统计叔侄和无关个体在不同基因座数目下认定和排除叔侄关系的概率。
2 结 果
2．1 叔侄关系指数和叔侄关系概率
检测29个STR基因座，20对叔侄个体的PIHS为4.17~112.35×106，WHS平均值为99.91％；20对无关个体的PIHS为0.0009～19.46，WHS平均值为31.71％。两组个体的WHS分布见表1。
表1. 叔侄个体和无关个体的WHS分布

    WHS（％）

叔侄个体

无关个体

例数

％

例数

％

≥99.95

15

75

－

－

99.73~99.95

4

20

－

－

99~99.73

1

5

－

－

95~99

－

－

1

5

80~95

－

－

2

10

50~80

－

－

4

20

5~50

－

－

6

30

1~5

－

－

3

15

＜1

－

－

4

20

合计

20

100

20

100

2．2 等位基因匹配情况
每对个体同一基因座的一对等位基因，按全不同、半相同和全相同分别统计，结果见表2。
表2. 叔侄个体和无关个体等位基因匹配结果

基因座

个数

全不同

半相同

全相同

叔侄个体

无关个体

叔侄个体

无关个体

叔侄个体

无关个体

0

－

－

－

－

－

3

1

－

－

－

－

－

6

2

－

－

－

－

2

4

3

2

－

－

－

2

5

4

3

－

－

－

5

2

5

8

－

－

－

8

－

6

1

－

－

－

2

－

7

5

－

－

－

1

－

8

－

－

－

－

－

－

9

1

1

－

1

－

－

10

－

5

－

－

－

－

11

－

2

－

－

－

－

12

－

4

－

1

－

－

13

－

3

－

2

－

－

14

－

3

－

3

－

－

15

－

1

1

2

－

－

16

－

－

2

6

－

－

17

－

1

－

4

－

－

18

－

－

4

1

－

－

19

－

－

6

－

－

－

20

－

－

1

－

－

－

21

－

－

3

－

－

－

22

－

－

3

－

－

－

           χ2=38.00   P<0.05    χ2=28.14   P>0.05    χ2= 23.24  P>0.05

2. 3 不同界值下的预测错误率
由产生最小预测错误率的界值开始，计算不同界值下的错误率，直至错误率超过1℅为止（表3）。
表3. 不同界值下的预测错误率

预测结果

全不同假定的界值

预测错误例数

预测错误率（％）

无关个体

≥9

1

5

≥10

—

—

叔侄个体

≤9

1

5

≤7

—

—

2.4 不同基因座数目的单亲排除情况
分16、20、24、29个基因座对叔侄和无关个体认定和排除叔侄关系的概率分别进行统计，结果见表4。
表4. 叔侄和无关个体在不同基因座数目下认定和排除叔侄关系的概率

基因座数目

叔侄个体认定概率（℅）

无关个体排除叔侄概率（℅）

16

30

0

20

45

5

24

85

15

29

95

10

3 讨 论
29个基因座检测20对叔侄个体和20对无关个体，用ITO法计算PI值，结果叔侄个体WFS大于99％的占100％，平均为99.91％；无关个体WFS均小于99％，大于95％的只占5％，平均为31.71％。因此，根据本文的观察结果，如果按95％的统计学意义标准，两者可能误判；如果按99％的标准，两者则不会误判。因此，对于叔侄关系亲子鉴定的认定标准应设在大于或等于99％。 参照三联体常用标准，W大于或等于99.73％“可以肯定父子关系”的标准，95％的叔侄个体（19对）可以直接得出肯定的结果；W小于0.27％“可以排除”的标准，只有10％的无关个体能直接得出排除的结果。显然，常染色STR对于叔侄关系的鉴定提供排除信息量有限。Y-STR多态性是父系遗传，同一父系的男性具有同样的单倍型。因此，对于不同父系的无关个体能直接得出否定的结论，而Y-STR由于其遗传特性，在亲子鉴定中只能否定不能肯定。因此，29个STR基因座结合Y-STR，应能对绝大多数的叔侄关系鉴定得出肯定的结果。
分析本次研究中每对个体间等位基因匹配情况发现：等位基因匹配情况同叔侄关系的有无存在某种联系，即全不同基因座数达到某一界值，可提示为叔侄或无关个体。为寻找该界值，本文参照医学统计上诊断和筛查方法的误诊率，引入并计算了不同界值下的预测错误率（表3）。以统计学意义上的不超过1％的错误率作为提示标准，得出以下结论：检测29个STR基因座，当两个体全不同基因座数大于或等于10个时，提示为无关个体；当两个体全不同基因座数小于或等于7个时，提示为叔侄个体。在本研究WFS大于80％的三对无关个体中，有两对全不同基因座数为12个，另一对为10个，按预测界值的标准属于无关个体。通过分析，得出三对无关个体WFS偏高的原因是在个别基因座中具有同源性的等位基因频率较低，而其具有同源性的基因座总数与其它无关个体相比并未增加，甚至更少。由于以ITO法计算的WFS值易受低频率的同源等位基因影响，所以在叔侄鉴定中应把WFS值和预测界值结合起来进行评判。
本研究按不同基因座数目对叔侄个体认定叔侄关系概率和无关个体排除叔侄关系概率分别进行统计，结果显示16、20、24、29个常染色体STR的叔侄个体认定概率分别为30％、45％、85％、95％，无关个体排除概率分别为0％、5％、15％、10％。显然，随着检测基因座数目的增加，叔侄个体的叔侄关系认定概率也明显增加。因此，对于叔侄关系的鉴定应该检测尽量多的基因座，并且最好是29个基因座以上。而无关个体在不同数目基因座下的叔侄关系排除概率无规律可循，而且变化不明显。，因此，在叔侄关系鉴定的检案中，对于可疑叔侄个体应该加测Y-STR。
【参考文献】
[1] Li CC, Sacks L. The derivation of joint distribution and correlation between relatives by the use of stochastic matrices [J]. Biometrics, 1954, 10:347
[2] 陆惠玲，杨庆恩. 用ITO法计算两个体间的血缘关系机会[J]. 中国法医学杂志，2002，17（3）：188
[3] LiCC, Chakravarti A. On the exclusion and paternity probabilities [C]. In: Waiker RH. eds. Inclusion Probabilities in Parentage Testing. Arlington: American Association of Blood Banks,1983
[4] 方积乾，徐勇勇，余松林，等。医学统计学与电脑实验[M]. 上海：上海科学技术出版社，1997.224
[5] 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，2003，18（3）：154
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