張胤鳴，李莉，孫宏鈺

（1.中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，廣東廣州 510080；2.司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200063）

X-STR分型用于親緣關(guān)系鑒定的似然率計(jì)算

張胤鳴1，李莉2，孫宏鈺1

（1.中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，廣東廣州 510080；2.司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200063）

目的推導(dǎo)X染色體短串聯(lián)重復(fù)序列（X-short tandem repeat，X-STR）分型用于兩個(gè)體間親緣關(guān)系鑒定的似然率計(jì)算公式。方法根據(jù)不同親緣關(guān)系的兩個(gè)體間的血緣同一系數(shù)獲得兩個(gè)體特定的聯(lián)合基因型概率（X值），計(jì)算兩無(wú)關(guān)個(gè)體特定的聯(lián)合基因型概率（Y值），從而求得似然率（X/Y）。結(jié)果推導(dǎo)出女性-女性、女性-男性、男性-男性個(gè)體間不同親緣關(guān)系各種基因型組合的似然率計(jì)算公式，并通過(guò)案例驗(yàn)證。結(jié)論推導(dǎo)的根據(jù)X-STR分型計(jì)算兩個(gè)體間親緣關(guān)系的似然率計(jì)算方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，為X-STR基因座在疑難親緣關(guān)系鑒定中發(fā)揮其更大應(yīng)用價(jià)值奠定了基礎(chǔ)。

法醫(yī)遺傳學(xué)；X染色體；親子關(guān)系；短串聯(lián)重復(fù)序列；似然率

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，DNA分析技術(shù)使法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別和親權(quán)鑒定實(shí)現(xiàn)了從排除到認(rèn)定的飛躍。似然率（likelihood ratio）[1]是目前法醫(yī)物證鑒定證據(jù)強(qiáng)度評(píng)估最常用的指標(biāo)之一，是基于兩種對(duì)立的條件假設(shè)的可能性比值。對(duì)于具體的親緣關(guān)系而言，似然率就是表示兩個(gè)體屬于某種特定親緣關(guān)系的可能性是兩個(gè)體為隨機(jī)個(gè)體的可能性的倍數(shù)。

X染色體的遺傳具有性連鎖特征，男性性染色體組成為XY，其中的X染色體來(lái)自母親，只能傳遞給他子代中的女兒；女性為XX，一條來(lái)自母親，一條來(lái)自父親，女性可以將一條X染色體遺傳給兒子或女兒。這種特殊的遺傳模式使得X染色體上的短串聯(lián)重復(fù)序列（X-short tandem repeat，X-STR）對(duì)于父-女、母-子、全同胞或同父半同胞姐妹、奶奶-孫女等關(guān)系的鑒定較常染色體和Y染色體上的STR標(biāo)記更具優(yōu)勢(shì)，已陸續(xù)被國(guó)內(nèi)外同行應(yīng)用于此類鑒定[2-8]。但是，目前對(duì)X-STR分型結(jié)果的證據(jù)價(jià)值評(píng)估僅限于對(duì)其是否符合遺傳規(guī)律的文字表述，尚未對(duì)其進(jìn)行定量的證據(jù)價(jià)值評(píng)估[3-8]。本研究旨在推導(dǎo)出X-STR分型對(duì)于各種關(guān)系鑒定中的似然率計(jì)算公式，期望發(fā)揮其更大的應(yīng)用價(jià)值。

1 方法與結(jié)果

1.1 X-STR標(biāo)記在不同關(guān)系類型的血緣同一系數(shù)

根據(jù)遺傳規(guī)律，同一家系的個(gè)體之間必然有一定的血緣關(guān)系，其等位基因之間存在一些同源形式。若兩個(gè)相同的等位基因起源于同一祖先，這兩個(gè)等位基因的關(guān)系稱為血緣同一（identical by descent，IBD），存在IBD關(guān)系的等位基因稱為IBD等位基因[9]。

存在某種特定關(guān)系的兩個(gè)個(gè)體間出現(xiàn)IBD等位基因的概率，或兩個(gè)個(gè)體間共享IBD等位基因的概率稱為IBD系數(shù)（k）[10]。對(duì)于X-STR而言，任意關(guān)系的兩個(gè)個(gè)體之間可能有0、1、2個(gè)IBD等位基因，其概率分別用k0、k1和k2表示。

以全同胞兄妹關(guān)系的個(gè)體1和個(gè)體2為例，假定個(gè)體1為男性，由于他必然有1條遺傳自父親的Y染色體，因此個(gè)體1和個(gè)體2不能共享2個(gè)X染色體的IBD等位基因，即k2＝0；個(gè)體1的X染色體遺傳自母親，母親可以隨機(jī)地將其X染色體遺傳給個(gè)體2，因此個(gè)體2能夠遺傳得到其X染色體的概率為1/2，個(gè)體1和個(gè)體2共享1個(gè)X染色體IBD等位基因的概率k1＝1×1/2＝1/2；個(gè)體2不能遺傳得到其X染色體的概率也為1/2，此時(shí)個(gè)體1和個(gè)體2共享0個(gè)X染色體IBD等位基因的概率k0＝1×1/2＝1/2。

同理，可推導(dǎo)出常見(jiàn)親緣關(guān)系的兩個(gè)體間共享不同數(shù)目IBD等位基因的概率k0、k1和k2（表1）。

表1 X-STR在不同關(guān)系類型的IBD系數(shù)（k）

1.2 X-STR分型對(duì)各種基因型組合的似然率計(jì)算

兩個(gè)個(gè)體之間存在某種特定關(guān)系的可能性除了與IBD系數(shù)有關(guān)外，還與兩個(gè)個(gè)體間出現(xiàn)特定基因型組合的概率有關(guān)，即聯(lián)合基因型概率。對(duì)于X-STR分型而言，還需要結(jié)合個(gè)體的性別，即女性-女性、女性-男性和男性-男性3種情況進(jìn)行分析[11]。本研究以基因型組合為XaXb和XaXb的兩女性個(gè)體為例說(shuō)明似然率的計(jì)算方法[10]。

（1）若兩個(gè)體間共享0個(gè)IBD等位基因，則2個(gè)等位基因Xa和2個(gè)等位基因Xb有4個(gè)來(lái)源，兩個(gè)體基因型組合為XaXb和XaXb的概率為

（2）若兩個(gè)體間共享1個(gè)IBD等位基因，則共享的IBD等位基因可能為Xa，也可能為Xb。當(dāng)此IBD等位基因?yàn)閄a時(shí)，2個(gè)等位基因Xa、2個(gè)等位基因Xb共有3個(gè)來(lái)源，兩個(gè)體基因型為XaXb和XaXb的概率為；同樣，當(dāng)此IBD等位基因?yàn)閄b時(shí)，兩個(gè)體基因型為XaXb和XaXb的概率為k1fa2fb。故此時(shí)兩個(gè)體基因型為XaXb和XaXb的概率為k1fafb（fa＋fb）。

（3）若兩個(gè)體間共享2個(gè)IBD等位基因，則2個(gè)等位基因Xa和2個(gè)等位基因Xb有2個(gè)來(lái)源，兩個(gè)體基因型為XaXb和XaXb的概率為2k2fafb。

因此，特定親緣關(guān)系條件下兩個(gè)女性個(gè)體基因型為XaXb和XaXb組合的聯(lián)合基因型概率P（XaXb，XaXb）＝＋k1fafb（fa＋fb）＋2k2fafb，即為似然率計(jì)算公式中的X值；與此同時(shí)，兩個(gè)隨機(jī)個(gè)體基因型同為XaXb和XaXb時(shí)，必然共享0個(gè)IBD等位基因，因此其概率為，即為似然率計(jì)算公式中的Y值。

同理，可推導(dǎo)出特定親緣關(guān)系條件下不同性別、不同基因型組合中兩個(gè)體的似然率計(jì)算公式，詳見(jiàn)表2。

1.3 X-STR分型對(duì)各種關(guān)系的似然率計(jì)算

從上述分析可知，X-STR適用于較多的親緣關(guān)系類型，但是需要考慮個(gè)體間的性別差異。對(duì)于各種不同的關(guān)系鑒定，可根據(jù)前述原則分別代入相應(yīng)的k值推算出具體的公式，列舉如下。

1.3.1 女性-女性個(gè)體親緣關(guān)系鑒定

對(duì)祖母-孫女、外祖母-外孫女、同父異母半同胞姐妹、同母異父半同胞姐妹等女性-女性之間關(guān)系鑒定而言，代入某種特定關(guān)系的k值，即可得到X-STR分型的似然率計(jì)算公式（表3）。

表2 特定親緣關(guān)系間X-STR分型的似然率計(jì)算公式

表3 常見(jiàn)女性-女性個(gè)體親緣關(guān)系間X-STR分型的似然率計(jì)算公式

1.3.2 女性-男性個(gè)體親緣關(guān)系鑒定

常見(jiàn)的女性-男性個(gè)體間親緣關(guān)系有全同胞兄妹、同母異父半同胞兄妹、外祖母-外孫、外祖父-外孫女、叔-侄女、姨-外甥、舅-外甥女等，其X-STR分型的似然率計(jì)算公式總結(jié)見(jiàn)表4。

1.3.3 男性-男性個(gè)體親緣關(guān)系鑒定

常見(jiàn)的兩個(gè)男性個(gè)體之間的親緣關(guān)系有全同胞兄弟、同母異父半同胞兄弟、外祖父-外孫、舅-外甥等，其X-STR分型的似然率計(jì)算公式總結(jié)見(jiàn)表5。

表4 常見(jiàn)女性-男性個(gè)體親緣關(guān)系間X-STR分型的似然率計(jì)算公式

表5 常見(jiàn)男性-男性個(gè)體親緣關(guān)系間X-STR分型的似然率計(jì)算公式

2 案例

郭某（女，6歲）因父母已去世，擬隨梁某（自稱郭某的奶奶）入戶，需鑒定梁某和郭某間是否存在祖孫關(guān)系。對(duì)兩名被鑒定人采集指尖血后，檢測(cè)Power-PlexTM16體系（美國(guó)Promega公司）的15個(gè)常染色體STR基因座、STRTyperTM10體系（珠?？频巧锕こ逃邢薰荆┑?個(gè)常染色體STR基因座，得到兩個(gè)體系常染色體基因座的累積祖孫指數(shù)（combined grandparental index，CGI）[12]為6.102 7，祖孫關(guān)系概率（W）為0.8592。常染色體STR位點(diǎn)未能給出明確的認(rèn)定或排除結(jié)論，故進(jìn)一步采用Investigator Argus X-12試劑盒（德國(guó)QIAGEN公司）進(jìn)行12個(gè)X-STR基因座的分型。根據(jù)表3中相應(yīng)的計(jì)算方法，采用中國(guó)廣東漢族群體資料[13]，計(jì)算獲得Investigator Argus X-12體系的累積祖孫指數(shù)為22 595.089 0，祖孫關(guān)系概率（W）為0.9999557（表6）。3個(gè)體系的累積祖孫指數(shù)為137891.0496，祖孫關(guān)系概率為0.999993。根據(jù)上述檢驗(yàn)結(jié)果，不排除郭某與梁某之間存在祖孫關(guān)系。

表6 郭某與梁某的X-STR分型及祖孫指數(shù)計(jì)算公式

3 討論

IBD是認(rèn)定兩個(gè)個(gè)體是否存在親緣關(guān)系的關(guān)鍵。若兩個(gè)個(gè)體間有一個(gè)等位基因是IBD等位基因，那么這兩個(gè)個(gè)體就存在某種親緣關(guān)系[9]。狀態(tài)同一（identical by state，IBS）[14]是與IBD相對(duì)應(yīng)的另外一種等位基因存在形式，指兩個(gè)相同的等位基因，不管其起源是否來(lái)自同一祖先。根據(jù)兩種方式均可進(jìn)行關(guān)系判別，其中IBD方法更強(qiáng)調(diào)等位基因來(lái)自同一祖先[11]。

與常染色體STR基因座相比，X-STR基因座往往能發(fā)揮更強(qiáng)的排除效能。在除父-子關(guān)系外的常規(guī)二聯(lián)體、祖母-孫女、同父半同胞姐妹、全同胞姐妹等親緣關(guān)系鑒定中，X-STR分型可以直觀地排除兩個(gè)體間的親緣關(guān)系。

將本研究推導(dǎo)出的X-STR分型在兩個(gè)個(gè)體間常用親緣關(guān)系指數(shù)的計(jì)算公式與常染色體STR分型比較[12]，可以發(fā)現(xiàn)在父親或母親缺失的親緣關(guān)系鑒定案件中，常染色體STR和X-STR的檢驗(yàn)效能可能存在差異。當(dāng)家系中父親缺失時(shí)，對(duì)于祖母-孫女、同父半同胞姐妹親緣關(guān)系，由于兩個(gè)體間必然僅共享1個(gè)IBD X染色體等位基因，此時(shí)X-STR的檢驗(yàn)效能有高于常染色體STR的趨勢(shì)；而對(duì)于姑（叔）-侄（侄女）親緣關(guān)系，X-STR與常染色體STR的檢驗(yàn)效能大致相似。當(dāng)家系中母親缺失時(shí)，對(duì)于半同胞、外祖父（外祖母）-外孫（外孫女）親緣關(guān)系，共享X染色體IBD等位基因的概率與共享常染色體IBD等位基因的概率相似，故此時(shí)X-STR的檢驗(yàn)效能與常染色體STR的檢驗(yàn)效能相似；而對(duì)于姨（舅）-外甥（外甥女）等其他親緣關(guān)系，兩個(gè)體系計(jì)算親緣關(guān)系指數(shù)的代數(shù)表達(dá)式不能直觀體現(xiàn)檢驗(yàn)效能的差異。

X-STR基因座由于其特殊的遺傳方式，在疑難親緣關(guān)系鑒定中常成為常染色體STR分型的補(bǔ)充，在多種類型的親緣關(guān)系鑒定中均能發(fā)揮重要作用。本研究從共享不同數(shù)目IBD等位基因的概率出發(fā)，以兩個(gè)個(gè)體存在某種親緣關(guān)系的可能性大小作為認(rèn)定或排除親緣關(guān)系的依據(jù)，推導(dǎo)了不同X-STR基因型組合、不同性別組合、不同親緣關(guān)系的兩個(gè)個(gè)體間X-STR分型結(jié)果的似然率計(jì)算公式，為X-STR基因座在疑難親緣關(guān)系的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

值得注意的是，本文所述的計(jì)算方法是以各個(gè)基因座間相互獨(dú)立為前提。由于X-STR均位于同一條染色體上，因此需要考慮不同基因座間存在連鎖的可能。以Investigator Argus X-12試劑盒包含的12個(gè)X-STR位點(diǎn)為例，在不同的群體中，12個(gè)X-STR基因座的連鎖狀態(tài)也不相同[13，15-19]。在中國(guó)群體中，已檢出廣東漢族和上海漢族群體的DXS10103和DXS10101兩個(gè)基因座存在連鎖關(guān)系[13，17]，因此在計(jì)算似然率時(shí)應(yīng)將DXS10103-DXS10101整體視為一個(gè)獨(dú)立基因座，根據(jù)其單倍型頻率進(jìn)行似然率的計(jì)算。

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Calculation of Likelihood Ratio for X-STR Typing in Kinship Testing

ZHANG Yin-ming1,LI Li2,SUN Hong-yu1
（1.Department of Forensic Medicine,Zhongshan School of Medicine,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510080,China;2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,Shanghai 200063,China）

ObjectiveTo deduce the calculation formulae of likelihood ratio for kinship testing with X-short tandem repeat（X-STR）typing.MethodsWith the identity by decent coefficient of different relationships, the joint genotypic probability of two individuals with specific genotypes was calculated as X value,and then the joint genotypic probability of two unrelated individuals was calculated as Y value;therefore,the likelihood ratio value（X/Y）was obtained.ResultsThe calculation formulae of the likelihood ratio for different genotype combinations of the female-female,female-male and male-male genetic relationships were derived and verified by real cases.ConclusionThe calculation formulae are simple and accurate to evaluate the likelihood ratio for two individuals’genetic relationship with X-STR typing.The formulae provide the basic potential value for the difficult kinship testing with X-STR loci.

forensic genetics;X chromosome;parent-child relations;short tandem repeat;likelihood ratio

DF795.2

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2013.03.006

1004-5619（2013）03-0180-05

2012-08-21）

（本文編輯：李成濤）

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81273347）

張胤鳴（1986—），男，山東萊西人，碩士研究生，主要從事法醫(yī)物證學(xué)研究；E-mail：fayizym@163.com

孫宏鈺，女，教授，主要從事法醫(yī)物證學(xué)研究；E-mail：sunhongyu2002@163.com