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物体表面灰尘采集及DNA提取方法优化研究

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：杨琪彭加金王乐卢颀梅宏成戈文东张涛季安全叶健康克莱中国人民公安大学公安部鉴定中心法医遗传学公安部重点实验室昆明医科大学法医学院福建省公安厅刑事技术总队新疆生产建设兵团公安局

目的灰尘作为法庭科学极具特色和应用价值的物证，其中包含丰富的环境DNA信息，逐渐成为领域内的前沿研究热点。然而，作为办案应用中的关键基础环节，从法庭科学领域实际应用出发的物体表面灰尘的采集及DNA提取研究，仍亟待开展。方法... 详细信息

目的灰尘作为法庭科学极具特色和应用价值的物证，其中包含丰富的环境DNA信息，逐渐成为领域内的前沿研究热点。然而，作为办案应用中的关键基础环节，从法庭科学领域实际应用出发的物体表面灰尘的采集及DNA提取研究，仍亟待开展。方法使用Copan Liquid Amies Elution Swab拭子擦拭物体表面采集灰尘，将采集样品管内拭子头、沉淀、上清液分别提取DNA，评估DNA含量从而选定应处理和裂解的样品管内成分。按照5种不同采样面积(25～400 cm2)采集灰尘样本并检测DNA浓度，确定合适的采样面积。比较3种商业化DNA提取试剂盒对灰尘样本的提取效果，并检测评估提取的灰尘DNA片段大小、提取的灰尘DNA是否含人源DNA，同时通过16S rDNA扩增子测序分析物体表面灰尘DNA中的细菌信息，从而建立灰尘DNA提取产物的质量控制方法。针对DNA提取中的细胞裂解关键步骤，比较评估在不同的细胞裂解方式以及震荡裂解次数下提取DNA的量，从而建立适合灰尘DNA提取的细胞裂解方法。结果灰尘采样管内沉淀与拭子头为DNA的主要来源部位，后续提取时均应纳入处理。灰尘的采样面积与灰尘DNA浓度呈正相关，且灰尘采样面积宜大于5 cm×5 cm。使用DNeasy PowerSoil Pro试剂盒可以获得较高的DNA产量，同时3种DNA提取试剂盒提取的DNA片段大小均无显著差异，从上述灰尘样本提取的DNA中未检出人源DNA，而物体表面灰尘DNA中含有细菌DNA，并且不同采样点之间的微生物物种组成存在差异。此外，使用生物样品均质器进行研磨裂解4 min（2 min×2次）时，得到的灰尘DNA浓度最高。结论灰尘DNA的提取与采样面积、提取试剂盒、裂解方式均有关，建立完整且适合的灰尘DNA提取方案至关重要。这不仅为研究挖掘灰尘中的环境DNA数据打下基础，还为环境样本的实际办案应用提供了方法参考。

关键词：灰尘DNA 灰尘采集 DNA提取微生物组

江苏常熟地区汉族人群47个微单倍型的遗传多态性及遗传结构分析

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生物化学与生物物理进展 2024年第2期51卷 423-434页

作者：潘坤鹏冯耀森于文帅刘宗伟姚伊人赵杰康克莱张驰王乐吴坚昆明医科大学法医学院昆明650500 公安部鉴定中心法医遗传学公安部重点实验室现场物证溯源技术国家工程实验室北京100038 中国人民公安大学侦查学院北京100038 江苏省常熟市公安局常熟215500

目的探索江苏常熟地区汉族人群在47个常染色体微单倍型基因座的遗传多态性,评估应用效能及法庭科学参数。方法采用MHSeqTyper47混合DNA鉴定试剂盒进行基因座复合扩增及文库构建,使用MiSeq FGx测序平台进行测序,测得的数据应用MHTyper数... 详细信息

目的探索江苏常熟地区汉族人群在47个常染色体微单倍型基因座的遗传多态性,评估应用效能及法庭科学参数。方法采用MHSeqTyper47混合DNA鉴定试剂盒进行基因座复合扩增及文库构建,使用MiSeq FGx测序平台进行测序,测得的数据应用MHTyper数据分析软件进行分析,对获得的样本遗传信息进行评估,结合千人基因组数据(1000 Genomes Project phase 3,1KG)评估群体间遗传分化指数及遗传距离,并计算法庭科学参数。结果江苏常熟地区汉族人群与1KG中的中国北京群体的遗传分化和遗传距离最小,并得到最接近的有效等位基因数(Ae),累积随机匹配概率(combined matching probability,CMP)与1KG中东亚参考人群的5个群体均接近,为1.25×10^(-36),累积非父排除概率达0.9999999999641。结论本研究报告了47个微单倍型基因座在江苏常熟地区汉族人群中的等位基因频率及遗传多态性信息,为47个微单倍型在法医学应用中提供了数据基础。另外,比较了1KG参考人群与江苏常熟地区汉族人群的多态性差异,并揭示了47个微单倍型在江苏常熟地区汉族人群中的遗传结构。总的来说,1KG中的东亚人群参考数据更符合江苏常熟地区汉族人群的遗传特征。

关键词：法医遗传学微单倍型二代测序

二代测序Y-STR序列多态性之“折叠序列”变异助力侦破21年冷案

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刑事技术 2024年

作者：张驰康克莱李蓓孙博雅缪磊焦瑞莲孟洋赵杰贺琳季安全王乐邢台市公安局公安部鉴定中心法医遗传学公安部重点实验室

基于传统毛细管电泳技术的STR检验仅关注长度多态性，不能报告STR等长等位基因间的SNP、InDel等序列差异信息。二代测序技术可以检出更丰富的STR序列多态性，既包括重复区的重复序列和非重复间隔序列信息，也包括侧翼区的序列信息，支... 详细信息

基于传统毛细管电泳技术的STR检验仅关注长度多态性，不能报告STR等长等位基因间的SNP、InDel等序列差异信息。二代测序技术可以检出更丰富的STR序列多态性，既包括重复区的重复序列和非重复间隔序列信息，也包括侧翼区的序列信息，支撑更精准的比对分析。本文报道一起长达21年未破的入室杀人案，用传统Y-STR检测方法得到了38个Y-STR基因座长度多态性分型。通过二代测序方法，使用STRSeqTyperY68试剂盒检验1份现场物证和8份比对样本，均得到了全部67个Y-STR基因座序列多态性分型，其中DYS448基因座N42“折叠序列”中的一个单碱基变异为案件指明方向，提供了关键的技术支撑。本文进一步探讨了DYS448基因座N42“折叠序列”在不同人群中的序列变异情况，以及STRSeqTyperY68试剂盒中具有“折叠序列”的基因座详细信息，为相关研究和案件应用提供参考。

关键词：法医遗传学二代测序 Y-STR 序列多态性冷案

MHSeqTyper47试剂盒在亲缘关系鉴定中的应用效能评估

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中国法医学杂志 2024年第1期39卷 75-81页

作者：檀莉帅金鑫冯耀森康克莱马温华李明广张驰赵杰叶健王乐山西医科大学法医学院山西晋中030600 法医遗传学公安部重点实验室公安部鉴定中心北京100038 海南省公安厅海南海口570311 大连市公安局刑事科学技术研究所辽宁大连116000

目的探讨MHSeqTyper47试剂盒在亲缘关系鉴定中的应用价值。方法采用MHSeqTyper47试剂盒对113份亲缘关系个体DNA样本进行基因座复合扩增及文库构建,使用MiSeq FGx测序仪进行测序,测得的数据应用MHTyper数据分析软件进行基因分型,计算亲... 详细信息

目的探讨MHSeqTyper47试剂盒在亲缘关系鉴定中的应用价值。方法采用MHSeqTyper47试剂盒对113份亲缘关系个体DNA样本进行基因座复合扩增及文库构建,使用MiSeq FGx测序仪进行测序,测得的数据应用MHTyper数据分析软件进行基因分型,计算亲缘关系指数评估该试剂盒在亲缘关系鉴定中的应用效能并与GlobalFiler^(TM)试剂盒进行比较。结果MHSeqTyper47在三联体鉴定中CPI值1.43×10^(11)~6.15×10^(18),二联体鉴定中CPI值3.75×10^(5)~1.53×10^(13),全同胞鉴定中CFSI值7.73×10^(1)~2.59×10^(16),三联体、二联体和全同胞关系对均与无关个体对可以完全区分。MHSeqTyper47和GlobalFiler^(TM)试剂盒联用在二级亲缘关系中的系统效能为0.4662。结论MHSeqTyper47混合DNA鉴定试剂盒在一级亲缘关系鉴定中有较高的应用价值;与GlobalFiler^(TM)试剂盒联用在二级亲缘关系鉴定中可以解决部分案例。

关键词：法医遗传学微单倍型亲缘关系鉴定 MHSeqTyper47试剂盒 ITO法

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环境DNA检验及地域来源推断研究进展

中国法医学杂志 2024年第3期39卷 349-356页

作者：杨琪康克莱梅宏成彭加金袁嘉辉冯耀森叶健季安全王乐法医遗传学公安部重点实验室公安部鉴定中心北京100038 中国人民公安大学北京100038 昆明医科大学法医学院云南昆明650500

法庭科学物证的地域来源为侦查破案提供重要信息,是案件的关键要素之一。已有研究表明不同地域的微生物分布具有显著差异,检测环境样本中的DNA进而推断物证的地理空间来源可为案件办理提供线索和证据。然而,由于犯罪环境的多样性以及刑... 详细信息

法庭科学物证的地域来源为侦查破案提供重要信息,是案件的关键要素之一。已有研究表明不同地域的微生物分布具有显著差异,检测环境样本中的DNA进而推断物证的地理空间来源可为案件办理提供线索和证据。然而,由于犯罪环境的多样性以及刑事案件中检材量往往甚微,在法庭科学领域尚不具有稳定可靠的技术方法。本文总结了灰尘、土壤、水、空气四种环境样本的采集、DNA提取方法,比较了扩增子测序和宏基因组测序在环境生物群体研究中的差异,概述了基于高通量测序的数据分析全流程方法,并重点回顾综述了基于细菌、真菌、其他真核生物推断环境生物信息地理来源的研究现状,为在法医DNA实验室建立环境DNA的检验分析方法以及挖掘环境DNA信息服务法庭科学应用提供参考。

关键词：法医物证学环境DNA 微生物组高通量测序地域来源推断

微单倍型遗传标记研究新进展及其在法医混合DNA分析中的应用

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沈阳药科大学学报 2023年第9期40卷 1245-1252页

作者：于文帅康克莱张驰缪磊冯耀森季安全叶健王乐中国人民公安大学北京100038 现场物证溯源技术国家工程实验室法医遗传学公安部重点实验室公安部鉴定中心北京100038 昆明医科大学法医学院云南昆明650500

微单倍型是2013年被引入法庭科学领域的一类新型遗传标记。由于其遗传多态性优于单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)遗传标记,且不像短串联重复序列(short tandem repeat, STR)遗传标记一样受到影子峰的干扰,微单倍... 详细信息

微单倍型是2013年被引入法庭科学领域的一类新型遗传标记。由于其遗传多态性优于单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)遗传标记,且不像短串联重复序列(short tandem repeat, STR)遗传标记一样受到影子峰的干扰,微单倍型在法医混合DNA分析中具有显著优势。本文作者更新梳理了微单倍型的检测方法,综述了各团队筛选微单倍型基因座的情况和基于二代测序检测体系的研究现状,介绍了微单倍型数据库、数据分析软件和系统命名法,并着重分析了微单倍型在混合DNA鉴定中的优势以及最新应用研究进展,最后对微单倍型未来发展进行展望,希冀为相关研究和应用提供参考。

关键词：法医遗传学微单倍型混合DNA分析

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运用法医学二代测序技术侦破19年久冷案

刑事技术 2022年第1期47卷 100-106页

作者：张驰郭立亮周轲宋振康克莱韦美甜高悦卓文腾季安全王乐公安部物证鉴定中心现场物证溯源技术国家工程实验室法医遗传学公安部重点实验室北京100038 汉中市公安局陕西汉中723000 陕西省公安厅刑侦局西安710018

基于Y染色体STR(Y-STR)多态性的男性家系排查技术帮助全国各地破获了诸多冷案积案。然而对于出现明显降解的生物检材,或因检出Y-STR基因座数量过少而无法开展有效排查。STRSeqTyperY68男性家系精细化排查试剂盒,定位于二代测序技术,利用... 详细信息

基于Y染色体STR(Y-STR)多态性的男性家系排查技术帮助全国各地破获了诸多冷案积案。然而对于出现明显降解的生物检材,或因检出Y-STR基因座数量过少而无法开展有效排查。STRSeqTyperY68男性家系精细化排查试剂盒,定位于二代测序技术,利用Mi Seq FGx二代测序平台可单管实现52个单拷贝Y-STR基因座、6个二拷贝Y-STR基因座、1个三拷贝Y-STR基因座和1个性别判定基因座的分型检测,并能同时支持STR长度和/或序列多态分型,全部基因座扩增子长度在350bp以下,且其中62个不大于300bp,适用于降解检材的检测。本文报道一起长达19年未破的强奸杀人案,用传统STR检测方法仅得到24个Y-STR基因座分型,部分300bp以上的Y-STR片段未检出,但通过二代测序方法使用STRSeqTyperY68试剂盒完整得到了67个Y-STR和1个性别基因座分型,从而帮助办案单位锁定了嫌疑人所在的男性家系,为案件侦破提供了关键技术支撑。

关键词：法医遗传学二代测序 Y-STR 男性家系排查降解检材冷案

100重微单倍型复合检测体系建立及其在BGI-500RS和MiSeq测序平台的应用

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中国法医学杂志 2022年第6期37卷 531-537页

作者：陈邦柳冯耀森王羽赵杰张驰康克莱叶健王乐山西医科大学法医学院山西晋中030600 现场物证溯源技术国家工程实验室法医遗传学公安部重点实验室公安部鉴定中心北京100038

目的建立一个在BGI-500RS和MiSeq测序平台均适用的微单倍型复合检测体系,评估此微单倍型体系在两个测序平台的检测效能。方法针对100个微单倍型基因座设计扩增引物并优化复合检测体系,分别采用扩增后酶连接头的方法实现BGI-500RS和Mi... 详细信息

目的建立一个在BGI-500RS和MiSeq测序平台均适用的微单倍型复合检测体系,评估此微单倍型体系在两个测序平台的检测效能。方法针对100个微单倍型基因座设计扩增引物并优化复合检测体系,分别采用扩增后酶连接头的方法实现BGI-500RS和MiSeq双平台的文库构建,对11名个体DNA样本分别在两个平台进行测序。结果本研究建立了一个包含100个微单倍型基因座的复合检测体系,该体系在BGI-500RS和MiSeq测序平台均适用。利用本体系在BGI-500RS和MiSeq平台检测11份样本,97%以上的基因座在两平台均可稳定检出。两个平台所有杂合子基因座的平均等位基因覆盖率都在0.7以上,说明基因座内均衡性良好。同一样本在两平台均检出的基因座的分型一致性达100%。结论本研究建立了一个包含100个微单倍型基因座的复合扩增体系,该体系在BGI-500RS和MiSeq测序平台检测结果的均衡性、稳定性相当。相同样本在两个平台均检出的基因座分型完全一致,测序深度的差异源自测序平台的通量差异。

关键词：法医遗传学微单倍型二代测序 BGI-500RS MiSeq

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法庭科学微单倍型等位基因的数字化命名法

刑事技术 2022年第6期47卷 647-651页

作者：宋娇娇张驰康克莱陈青峰季安全叶健王乐公安部鉴定中心现场物证溯源技术国家工程实验室法医遗传学公安部重点实验室北京100038

微单倍型是一种新型法医遗传学分子标记,可用于个体识别、祖先推断和混合样本DNA的检验。虽然现已有微单倍型基因座的标准命名方法,但简明的微单倍型等位基因命名规则尚未见到。微单倍型遗传标记相对于单核苷酸多态性(single nucleotide... 详细信息

微单倍型是一种新型法医遗传学分子标记,可用于个体识别、祖先推断和混合样本DNA的检验。虽然现已有微单倍型基因座的标准命名方法,但简明的微单倍型等位基因命名规则尚未见到。微单倍型遗传标记相对于单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)的优势在于其多等位基因。一般来说,微单倍型基因座包含的SNP数目越多,其有效等位基因数(effective number of alleles,Ae)和信息含量(informativeness,In)就倾向于越高。这些基因座更适宜于法庭科学应用,因其复杂的等位基因更能满足应用需求。因此,为更便于应用,我们建议使用阿拉伯数字命名微单倍型等位基因。具体规则如下:以人类基因组正链作为比对微单倍型,GRCh38作为参考序列。将组成微单倍型的SNP根据它们在人类基因组中的物理位置进行排序,dbSNP数据库中的参考等位基因则作为这些SNP可能出现的备选基因型。先按照参考等位基因列出所有可能出现的微单倍型等位基因,然后按照字母表顺序排序,并从1开始以连续正整数依次命名排序后的等位基因。稀有的微单倍型等位基因仍然用SNP分型的组合命名,列在基因座内所有用数字命名的等位基因之后。本文使用9947A、2800M和两份志愿者DNA制备了1∶2∶4∶8比例的DNA混合物,对单一来源样本和混合物进行微单倍型测序、数据分析,并对等位基因进行基因型组合命名和数字化命名两种方式的对比展示。本文建议的数字化命名法其优势在于:首先,这种命名法使得微单倍型的法庭科学应用更便捷,可避免使用SNP分型组合的复杂命名方式,在混合DNA分析中优势尤其显著。其次,在每个微单倍型基因座内部,可以按照阿拉伯数字的顺序排列等位基因,从而能为微单倍型数据的展示和交流提供统一的等位基因排序方式。第三,数字化的等位基因命名方式更易为法医DNA技术人员接受,因为这与法庭科学STR等位基因的命名方式类似。第四,当前的群体遗传学软件,如PowerStats、Arlequin、STRUCTURE等,只接受数字作为导入的等位基因名称,该命名方法能更好地与这些既有软件衔接关联。因此,数字化的微单倍型等位基因命名法应能为法医学应用与实践带来便利。

关键词：法医DNA 微单倍型等位基因命名规则