STR数据库是目前国内最常用、未来很长时间也仍会使用的法医DNA数据库。根据中国汉族人群STR基因座多态性数据^[6], 分别选取13个STR基因座（CSF1PO、D13S317、D16S539、D18S51、D21S11、D3S1358、D5S818、D7S820、D8S1179、FGA、TH01、TPOX、vWA, 二联体累积非父排除率为：0.999 014 817）、19个STR基因座（在13个基因座的基础上增加D19S433、D6S1043、Penta D、Penta E、D12S391、D2S1338, 二联体累积非父排除率为：0.999 993 01）和23个STR基因座（在19个基因座的基础上增加D2S441、D10S1248、D22S1045、D1S1656, 二联体累积非父排除率为：0.999 999 128）, 用以上基因座的等位基因频率分别模拟出库容量为12亿的三个随机汉族人口DNA数据库。数据库模拟的方法是用R软件包“ DNAprofiles” ^[7]与“ DNAtools” ^[8], 依据基因座的等位基因频率模拟产生三组不同基因座组合的随机个体DNA分型, 生成DNA数据库。同时将20例检测了23个STR基因座的案件实例样本的STR分型在三个模拟的DNA数据库中进行匹配, 得出20例实际样本在三个模拟DNA数据库中的单亲二联体随机匹配数（匹配容差上限分别为0和1）, 并计算出每个案例样本的单亲平均随机匹配概率。同时, 将样本导入全国公安机关DNA数据库中进行单亲比对, 以验证模拟DNA数据库单亲二联体随机匹配的有效性。

R软件模拟结果如表1所示。在模拟的汉族人口DNA数据库中：当容差上限为0时, 13个基因座的数据库中平均每个样本的单亲二联体随机匹配概率为1.17× 10^-3, 19个基因座的随机匹配概率为8.15× 10^-6, 23个基因座的随机匹配概率为6.31× 10^-8; 当容差上限为1时, 13个基因座的数据库中平均每个样本的单亲二联体随机匹配概率为1.24× 10^-2, 19个基因座的随机匹配概率为1.33× 10^-4, 23个基因座的随机匹配概率为1.49× 10^-6。各DNA数据库单亲二联体随机匹配概率与其相对应的二联体累积非父排除率之间的相对误差均小于0.001。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 模拟DNA数据库单亲二联体随机匹配 Table 1 Random matching of single parent-child duo into simulative DNA database 数据库STR基因座数 单个样本平均随机单亲匹配数（容差上限为0） 单亲随机匹配概率 （容差上限为0） 单个样本平均随机单亲匹配数（容差上限为1） 单亲随机匹配概率 （容差上限为1） 13 1 398 363.9 1.17× 10-3 14 965 821.25 1.24× 10-2 19 9 777.9 8.15× 10-6 159 391.7 1.33× 10-4 23 75.75 6.31× 10-8 1 791.4 1.49× 10-6

表1 模拟DNA数据库单亲二联体随机匹配 Table 1 Random matching of single parent-child duo into simulative DNA database

从上述模拟和匹配结果可知, 随着模拟DNA数据库所用的STR基因座数增加, 样本的单亲二联体随机匹配概率减少, 但并不能完全避免随机匹配的发生。同时需要注意的是, 上述模拟的DNA数据库是完全随机个体数据库, 在日常公安工作中数据库的样本来源地可能较为集中, 这些样本之间可能在几代之内具有共同的祖先, 它们之间的基因型符合单亲二联体的可能性要高于完全随机的个体, 这时单亲二联体随机匹配发生的概率与模拟实验的概率相比将更高一些（如表2所示）。但更多匹配单亲二联体的出现, 将会分散公安机关的侦查力量, 增加后续工作量, 影响工作效率。另外, 本文只是随机取了20个实际案例样本比对。如果实际案件需要比对更多的样本, 或对数据库的数据进行两两比对, 则单亲随机匹配出现得会更多。由于单亲二联体随机匹配随着DNA数据库所用STR基因座数目的增加而减少, 因此, 将更多的STR基因座引入DNA数据库势在必行。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 现实DNA数据库单亲二联体随机匹配 Table 2 Random matching of single parent-child duo into actual DNA database 数据库STR基因座数 单亲随机匹配概率 （容差上限为0） 单亲随机匹配概率 （容差上限为1） 13 1.49× 10-3 4.85× 10-2 19 8.57× 10-6 2.05× 10-4 注：目前我国DNA数据库暂未到达23个STR基因座

表2 现实DNA数据库单亲二联体随机匹配 Table 2 Random matching of single parent-child duo into actual DNA database

2008年巴华杰等^[9]提出采用16个STR基因座建库。到了2012年, 巴华杰等^[10]又提出采用18个STR基因座进行DNA数据库建库。从2017年1月1日起, 美国的CODIS（Combined DNA Index System）数据库已将建库STR基因座数目扩展至20个（CSF1PO、FGA、THO1、TPOX、VWA、D3S1358、D5S818、D7S820、D8S1179、D13S317、D16S539、D18S51、D21S11、D1S1656、D2S441、D2S1338、D10S1248、D12S391、D19S433、D22S1045）^[11]。考虑到中国的人口基数和人员流动性受限等因素（出现相同等位基因的概率大于完全随机个体）, 中国的DNA数据库建库STR基因座数应多于美国CODIS数据库所要求数量。因此, 在实际建立DNA数据库时, 建库STR的基因座数应不少于23个。