引用本文
刘芳, 任贺, 陈冲, 石妍, 刘莹. 三联体常染色体STR三带型基因座父权指数计算[J].刑事技术, 2017,42(6):471-475
LIU Fang, REN He, CHEN Chong, SHI Yan, LIU Ying. Paternity Index Calculated from the Parents-offspring-triadic Autosomal STR Shown in Three-banded Patterns[J]. Forensic Science and Technology,2017,42(6): 471-475  
doi: 10.16467/j.1008-3650.2017.06.09
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三联体常染色体STR三带型基因座父权指数计算
刘芳1, 任贺2, 陈冲3, 石妍3, 刘莹4,5,*
1. 北京市公安局昌平分局刑侦支队,北京102200
2. 北京警察学院,北京102202
3. 北京通达首诚司法鉴定所,北京100192
4. 北京市公安局法医检验鉴定中心,北京100192
5. 甘肃迪安同享医学检验中心司法鉴定所,兰州730046
* 通讯作者：刘莹（1976—）,女,山东聊城人,硕士,副主任法医师,研究方向为法医物证学。E-mail:snow.ly@163.com

第一作者简介：刘芳（1985—）,女,山西运城人,硕士,主检法医师,研究方向为法医物证学。E-mail:sherry985@163.com

摘要

目的 探讨三联体亲子鉴定中常染色体STR三带型基因座父权指数的计算方法。方法 通过9691例三联体亲子鉴定中发现的30例三带型,对其父-母-子表型作分析研究而将相关三带型分为五类,根据孟德尔遗传规律和常规三联体父权指数的计算原理,推算各类型的父权指数。结果 循例推断出五种类型三联体常染色体STR三带型基因座父权指数的计算公式。结论 对于三联体亲子鉴定中的三带型基因座,其父权指数可按推导的公式进行计算。

关键词: 法医遗传学; 三等位基因; 三带型; 三联体亲子鉴定; 父权指数
中图分类号:DF795.2 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2017)06-0471-05
Paternity Index Calculated from the Parents-offspring-triadic Autosomal STR Shown in Three-banded Patterns
LIU Fang1, REN He2, CHEN Chong3, SHI Yan3, LIU Ying4,5,*
1. Criminal Investigation Division, Changping Branch of Beijing Public Security Bureau, Beijing 102200, China
2. Beijing Police College, Beijing 102202, China
3. Beijing TongdaShoucheng Institute of Forensic Science, Beijing 100192, China
4. Forensic Medical Identification Centre of Beijing Public Security Bureau, Beijing 100192, China
5. Judicial Identification Institute of Gansu Dian Sharing Medical Laboratories, Lanzhou 730046, China
Abstract

Objective To discuss how to calculate the paternity index of autosomal three-banded-pattern STRs appeared in parents-offspring-triadic paternity testing.Methods Based on the 30 pieces showing three-banded-pattern STRs detected from 9691 cases of parents-offspring-triadic paternity testing, the three-banded patterns were divided into five types by the phenotypes of each father-mother-child triad. According to Mendel’s laws of inheritance and the calculation principle of the conventional parents-offspring-triadic paternity index, the paternity indexes were calculated on the five-type three-banded patterns.Results For the five types of three-banded-patterns, the formulas were established about the paternity index of parents-offspring-triad autosomal STRs from specific examples.Conclusion For the three-banded patterns shown from autosomal STR parents-offspring-triad paternity testing, the paternity index can be calculated by the correlative formula here.

Key words: forensic genetics; tri-alleles; three-banded patterns; parents-offspring-triadic paternity testing; paternity index

常染色体单个STR基因座正常情况下为两等位基因, 杂合子图谱表现为2个峰（或2条带）, 纯合子图谱表现为1个峰（或1条带）。但在亲子鉴定工作中, 偶尔会遇到单个基因座3个峰（或3条带）即所谓三带型（three-banded patterns）或三等位基因（tri-alleles）[1]的现象。遇到三带型基因座, 首先必须通过重复试验和以不同厂商的试剂盒检测进行验证, 排除因污染或其他原因导致的三条带现象; 其次有条件的实验室可通过设计引物对父-母-子的该基因座进行测序, 从而既作验证又作遗传分析。

迄今, 国内尚无统一的三带型基因座父权指数PI（paternity index）值的计算方法和公式, 原因或为：1）三带型产生的机制复杂, 可能为亲代的同源染色体在减数分裂时未分离而整体遗传给子代（三体综合征）而形成, 也可能与减数分裂时同源染色体发生了不等价交换[2]、染色体上有额外的引物结合位点[3]、双胞胎在子宫内胚胎间发生血液交换[4]、形成嵌合体[5]
等事件有关; 2）父亲或母亲遗传给子代两个等位基因的概率不同; 例如21三体综合征, 染色体不分离现象源发于母方的病例约占95%, 父方仅为5%[6]; 3）不同基因座三带型的检出率不同, Crouse等人[1]在1999年首次报道了在TPOX（18例）和CSF1PO（1例）基因座发现的三带型现象。本文显示在vWA（5例）、PentaE（4例）、D18S51（3例）、D1S1656（2例）、D21S11（2例）、D3S1358（2例）、TPOX（2例）、PentaD（2例）、D5S818（1例）、D8S1179（1例）、CSF1PO（1例）、D2S1338（1例）、D7S820（1例）等共13个基因座出现了三带型, 其中vWA基因座检出率最高; 4）目前尚未有大规模的关于三带型的多代遗传数据及其研究。

若可对三带型的基因座测序, 确定出子代三带型中的三个等位基因的来源则能简化PI值的计算; 确实, 有的案例从表型上即可获知遗传来源, 但有的案例则即使测序也无法确定子代中三带型的来源。本文根据父-母-子的表型, 将三带型分为五类, 统计各类型的发生率（Incidence, 用i表示）, 并基于正常三联体PI值的计算原理, 推导三带型基因座PI值的计算方法与公式。

1 样本与数据
1.1 样本

北京通达首诚司法鉴定所已认定亲子关系的三联体鉴定案例9691例, 为因各种原因需做亲子鉴定的来自全国各地的随机个体群。其中, 2014年1607例经GoldeneyeTM20A（北京基点认知技术有限公司）试剂盒检测, 2015年至2017年6月份共8084例经PowerPlex® 21 System（Promega公司, 美国）试剂盒检测, 检出的三带型均用不同公司的试剂盒进行了验证。

1.2 数据

观察9691个案例, 有30例出现三等位基因分型, 因所涉个体基本上是其父母之一方出现了异常遗传传递或存在连锁, 故与减数分裂所关联的三等位基因型发生率为0.3096 %。为了便于计算PI值, 本文对父-母-子表型进行分析, 将三带型分为五类：Ⅰ . 子代为三等位基因, 亲代为双等位基因; Ⅱ . 父亲和孩子为三等位基因, 母亲为双等位基因; Ⅲ . 父亲是三等位基因, 母亲和孩子为双等位基因; Ⅳ . 母亲与孩子为三等位基因, 父亲为双等位基因; Ⅴ . 母亲是三等位基因, 父亲和孩子是双等位基因。三带型分类及基因型见表1。

1.3 原理

三联体亲子鉴定中, 对于符合遗传规律的遗传标记, 孩子的双等位基因必定是一个来自于母亲, 另一个来自于父亲, 父权指数的计算公式为PI=X/Y, X为被控父亲提供生父基因的概率× 母亲提供生母基因的概率, Y为随机男子提供生父基因的概率× 母亲提供生母基因的概率。本文基于以上原理, 对30个案例中出现的三带型基因座的表型进行研究分析, 对三带型基因座的亲权指数进行公式推导。

表1 三带型分类及其基因型 Table 1 The classification of three-banded-pattern STRs and their phenotypes
2 方法与结果

本文将生母用M（mother）、被控父亲用AF（Accused Father）、随机男子用RF（Random Father）表示。用NRS（Nondisjunction）表示成对遗传的等位基因R和S。根据文献, NRS在群体中的基因频率为这两个等位基因频率的乘积 [7]。以下举例序号均对应表1中的序号。

2.1 Ⅰ 类-子代为三等位基因, 亲代均为双等位基因

这种类型在亲子鉴定工作中比较常见, PI值的计算最为复杂, 在本实验室其发生率（i）为0.0826%, 亲代将一对等位基因NRS遗传给子代, 将概率设定为1。亲代为纯合子, 提供给子代的生父（或生母）基因的概率为1; 亲代为杂合子, 提供给子代生父（或生母）基因的概率为0.5。

2.1.1 从表型分析, 孩子三带型中的NRS只能来自于父亲

例1（序号1）：D21S11 AF: 29, 31; M: 30, 32.2; C: 29, 30, 31。 X: M→ 30, AF→ N29, 31, X=0.5× 1× i; Y: M→ 30, RF→ N29, 31, Y=0.5× P29× P31; PI=X/Y =i/(P29P31)。

2.1.2 从表型分析, 孩子三带型中的NRS只能来自于母亲

例2（序号2）：D21S11 AF: 29; M: 28, 31.2; C: 28, 29, 31.2。 X: M→ N28, 31.2, AF→ 29, X=1× i× 1; Y1: M→ N28, 31.2, RF→ 29; Y2: M→ 28, RF→ N29, 31.2; Y3: M→ 31.2, RF→ N28, 29; Y=Y1+Y2+Y3=1× i× P29+0.5× P29× P31.2+0.5× P28× P29; PI=X/Y =2i/[P29(2i+P31.2+P28)。

2.1.3 从表型分析, 孩子的NRS既可能来源于父亲也可能来源于母亲, 必须将两种情况同时考虑

例3（序号3）：PentaD AF: 10, 12; M: 9, 12; C: 9, 10, 12。X1: M→ 9, AF→ N10, 12; X2: M→ N9, 12, AF→ 10; X=X1+X2=0.5× 1× i+1× i× 0.5=i, Y1: M→ 9, RF→ N10, 12; Y2: M→ 12, RF→ N9, 10; Y3: M→ N9, 12, RF→ 10; Y=Y1+Y2+Y3=0.5× P10× P12+0.5× P9× P10+1× i× P10; PI =X/Y =2i/[P10(P12+P9+2i)]。

2.1.4 存在连锁遗传突变的三带型情况

从表型分析, 孩子的3个等位基因中有一个不是源于正常的父母遗传, 可能是父或母的一个等位基因突变而来, 也可能是连锁遗传的两个等位基因中的一个发生了突变。在未知情况下, 从保护被鉴定人的角度出发, 同时考虑以上两种情况, 选择来自亲代突变步数小的等位基因。

例4（序号4）：D8S1179 AF: 15, M: 13, C: 13, 15, 16。X: M→ 13, AF→ 15突变N15, 16, X=1× 1× µ × ()1-1× 0.5× i=0.5µ i; Y: M→ 13, RF→ N15, 16, Y=1× P15× P16; PI=X/Y =µ i /(2P15P16)。

本案例经测序结果如图1, 验证了孩子的等位基因16是由被控父亲的一个等位基因15突变而来。在未测序的情况下, 选择可能来自亲代突变步数小的等位基因。表1中序号5~8各例可同理类推, 不再列举。

图1 表1例4中D8S1179基因座父-母-子测序结果Fig.1 Sequencing D8S1179 locus from the Father-Mother-Child triad in sample 4 of Table 1

2.2 Ⅱ 类-父亲与孩子是三带型, 母亲是双等位基因

若确定孩子的NRS来源于父亲, 将NRS看作一个整体, 则亲代遗传给子代NRS的概率假设为0.5。

例5（序号9）：PentaE AF: 11, 14, 21; M: 12, 16; C: 11, 16, 21。 X: M→ 16, AF→ N11, 21, X=0.5× 0.5; Y: M→ 16, RF→ N11, 21, Y=0.5× P11× P21; PI=X/Y =1/(2P11P21)。

2.3 Ⅲ 类-父亲是三带型, 母亲和孩子是双等位基因

按正常三联体PI公式进行计算。此类型为父亲的三个等位基因随机遗传了一个给孩子, 那么将另外两个等位基因看作一个整体NRS。

例6（序号10）：AF: 10, 12, 13; M: 9, 10; C: 10, 13。 X: M→ 10, AF→ 13, X=0.5× 0.5; Y: M→ 10, RF→ 13, Y=0.5× P13; PI=X/Y =1/(2P13)。

2.4 Ⅳ 类-从表型分析, 母亲与孩子是三带型, 父亲是双等位基因

若确定孩子的NRS来源于母亲, 按正常三联体PI公式进行计算。

例7（序号19）：D3S1358 AF: 15, 16; M: 15, 17, 18; C: 16, 17, 18。 X: M→ N17, 18, AF→ 16, X=0.5× 0.5; Y: M→ N17, 18, RF→ 16, Y=0.5× P16; PI =X/Y =1/(2P16)。

2.5 Ⅴ 类-从表型分析, 母亲是三带型, 父亲和孩子是双等位基因

按正常三联体PI公式进行计算。

例8（序号23）：AF: 14; M: 11, 15, 16; C: 11, 14。 X: M→ 11, AF→ 14, X=0.5× 1; Y: M→ 11, RF→ 14, Y=0.5× P14; PI =X/Y =1/P14。

参照《GAT965-2011法庭科学DNA亲子鉴定规范》, 用P、Q、R、S表示各等位基因, 用p、q、r、s表示相应等位基因的基因频率, 除Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅴ 类参照正常双等位基因的三联体PI公式进行计算外, 其余Ⅰ 、Ⅱ 类（除2.1.4特殊外）PI计算方法总结于表2。

表2 Ⅰ 与Ⅱ 类三联体常染色体STR三带型基因座PI计算方法 Table 2 Calculation of the paternity index of type-Ⅰ ’ s (or Ⅱ ’ s) autosomal three-banded-pattern STRs in parents-offspring-triadic paternity testing
3 讨论

本文通过对9691例三联体亲子鉴定案件检出的30例三带型作分析研究, 统计三带型（三等位基因）的个体总数为28个, 分布于13个基因座上, 其中vWA、PentaE、D18S51基因座的检出率较高。根据三个等位基因的相对荧光强度可将三带型分为A（三个峰的峰高比约为2:1:1）和B（三个峰的峰高比约为1:1:1）两种类型[8, 9]。关于三带型的遗传分析, 陈玲等[10]认为：1）携带A类三带型的父/母随机遗传一个等位基因给子代, 本文数据中携带A类型的亲代均符合此种遗传。2）携带B类三带型的父/母均传递两个等位基因给子代。而在本研究中, 表1序号 15例vWA基因座, 父亲基因型为15, 16, 17, 峰高比例为1:1:1, 却只是随机传递了一个等位基因17给子代; 且序号 16、25、28~30各例也是如此。3）父母正常而子代为B类三带型的案例, 均由母亲同时传递两个等位基因给子代。但本文例1 D21S11基因座, 子代的三带型为B类, 却只是由父亲同时传递两个等位基因给子代。本文研究还发现, 序号4~8各例中子代的三带型的其中一个等位基因在亲代中找不到来源, 分析可能为亲代在遗传NRS过程中发生了变异, 其检出率达到0.0516%; 此外, 序号13、18例中亲代三等位基因峰高比分别为2:1:2与2:2:1, 均是随机遗传了一个等位基因给子代。因峰高会受到扩增等检验因素的影响而导致出现不均衡现象, 所以根据峰高比例进行遗传分析时需更加谨慎。对于三联体中三带型基因座PI值的计算, 目前国内尚无统一的方法。吕德坚、陆惠玲在《DNA亲权鉴定》一书中, 列出了父亲是三带型而将NRS遗传给孩子的三联体和二联体的计算方法[11], 采用的是Brenner[12]提供的PI值计算方法。林汉光[13]等人对三体综合征的常染色体STR三体基因座父权指数计算方法进行了探讨; 汤美云等人[14]认为如果确定孩子的NRS来自母亲, 则计算方法同双等位基因的计算一样; 若确定NRS来自争议父亲, 则将2个等位基因合为一体, 用稀有等位基因频率作为它的频率来计算PI值。

根据《GAT965-2011法庭科学DNA亲子鉴定规范》的要求, 任何情况下都不能为了获得较高的累计亲权指数而将检测到的不符合遗传规律的遗传标记剔除。但该规范并未提供三带型PI值的计算公式。

针对三带型案例, 基于在实际鉴定工作中降低鉴定成本和保护被鉴定人的理念, 本文依照不能任意剔除三带型基因座而计算PI值的规定, 从父-母-子表型作分析, 推导了三联体亲子鉴定中五种类型的三带型基因座的PI值计算公式, 以期对三带型基因座PI值计算提供借鉴和参考。对于Ⅰ 类, 亲代在传递等位基因的过程中发生了异常, 所以其PI值计算较为复杂, 故引入了发生率（i）。但是本文的数据仍然有限, 今后还需要一个更大规模的基础数据从而支持计算各个基因座三带型的发生率以及平均发生率。对于Ⅱ 或Ⅳ 类, 若子代的NRS来自亲代传递, 则本文相关设定应属合理且所推导公式也简便易用; Ⅲ 、Ⅴ 类中亲代的NRS并未遗传给子代, 所以按正常双等位基因的三联体PI公式进行计算。此外, 遇到三带型尤其是Ⅰ 类时, 建议增加其他常染色体遗传标记和性染色体遗传标记的检测, 有条件的实验室更宜对该三带型基因座父-母-子均进行测序, 从而明确遗传方式, 简化PI值计算, 以提供更有力的支持证据。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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