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基于二代测序的男性家系遗传结构解析及亲缘关系推断

曾逸飞,  蒋佳梅,  阮俊伟,  向妍,  刘林林,  聂胜洁,  胡利平

曾逸飞, 蒋佳梅, 阮俊伟, 向妍, 刘林林, 聂胜洁, 胡利平. 基于二代测序的男性家系遗传结构解析及亲缘关系推断[J]. 昆明医科大学学报.
引用本文: 曾逸飞, 蒋佳梅, 阮俊伟, 向妍, 刘林林, 聂胜洁, 胡利平. 基于二代测序的男性家系遗传结构解析及亲缘关系推断[J]. 昆明医科大学学报.
Yifei ZENG, Jiamei JIANG, Junwei RUAN, Yan XIANG, Linlin LIU, Shengjie NIE, Liping HU. Genetic Structure Analysis and Kinship Inference in a Male Pedigree Based on Next-generation Sequencing[J]. Journal of Kunming Medical University.
Citation: Yifei ZENG, Jiamei JIANG, Junwei RUAN, Yan XIANG, Linlin LIU, Shengjie NIE, Liping HU. Genetic Structure Analysis and Kinship Inference in a Male Pedigree Based on Next-generation Sequencing[J]. Journal of Kunming Medical University.

基于二代测序的男性家系遗传结构解析及亲缘关系推断

基金项目: 云南省基础研究计划重点项目(202501AS070018);云南省科技厅科技计划项目(202501AY070001-242)
详细信息
    作者简介:

    曾逸飞(2000~),男,广东深圳人,在读硕士研究生,主要从事法医遗传学研究工作

    通讯作者:

    胡利平,E-mail:ping772150@163.com

  • 中图分类号: D919.2

Genetic Structure Analysis and Kinship Inference in a Male Pedigree Based on Next-generation Sequencing

  • 摘要:   目的  基于二代测序技术,探索一种Y-STR缩小家系范围,常染色体STR推断亲缘远近的联合策略,进一步提高涉及男性犯罪案件的排查精度和效率。  方法  2024年6月在云南省曲靖市采集同一父系家系42名男性成员外周血样本,另外纳入4名家系外无关男性及来源于日常检案、经遗传学确认的23对已知亲缘关系样本用于验证。采用探源SET B-S138二代测序试剂盒对52个常染色体STR和81个Y-STR位点进行STR分型。基于常染色体STR分型结果计算两两样本间标准化状态一致性评分(ratio of identity by state,RIBS),依据法医系谱亲缘关系分级标准标注各样本对亲缘等级,通过等先验概率的Fisher线性判别分析构建基于RIBS的亲缘距离判别函数,并采用已知亲缘关系样本验证其效能。   结果  常染色体STR序列分型等位基因数较长度分型增加32.54%;构建判别函数D = 21.599×RIBS−6.864(D > 2.386为近距离亲缘关系,D≤2.386为远距离),在等先验概率及相同误分类代价下,RIBS分类界值为0.428292。回代分类总体准确率为98.78%。23个已知近亲关系样本对和164个家系外无关配对在该界值下均分类正确。  结论  二代测序技术可提高常染色体STR的等位基因分辨能力,RIBS判别函数可用于家系成员间亲缘远近的初步二分类判定。这种基于二代测序的“常+Y”联合推断方式,有望在家系数据库比对初步锁定嫌疑家系后,进一步通过常染色体STR信息缩小目标范围,提高案件侦破效率。
  • 图  1  样本家系情况

    注:绿色标记编号(1~39、41、42)表示本次研究实际采集外周血样本的41名男性家系成员。

    Figure  1.  Pedigree structure of the sampled family

    图  2  法医系谱学亲缘关系等级(改绘自刘京等[17])

    Figure  2.  Forensic genealogical kinship categories (adapted from Liu et al. [17])

    图  3  常染色体STR基因座平均测序深度及其标准差

    Figure  3.  Mean sequencing depth and standard deviation of autosomal STR loci

    图  4  Y染色体STR基因座平均测序深度及其标准差

    Figure  4.  Mean sequencing depth and standard deviation of Y-chromosomal STR loci

    图  5  各基因座基于长度和序列多态性的等位基因数量

    Figure  5.  Number of alleles per locus based on length and sequence polymorphisms

    图  6  家系分支突变情况

    Figure  6.  Mutations in pedigree branches

    图  7  不同亲缘关系等级下RIBS的分布比较

    注:近距离亲缘关系15对,远距离亲缘关系805对;两组RIBS比较采用独立样本t检验,****P<0.0001。

    Figure  7.  Comparison of RIBS distribution across different kinship levels

    表  1  基因座D7S1517的长度和序列分型情况

    Table  1.   Length-based and sequence-based typing results of locus D7S1517

    基因座名称 长度分型 序列分型
    D7S1517 17 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]9
    19 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]11
    20 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]12
    21 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]15
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]2 [CTTT]14
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]13
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]4 [CTTT]12
    22 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]14
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]2 [CTTT]15
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]3 [GTTT]3 [CTTT]8
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]13
    23 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]4 [CTTT]14
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]15
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]2 [CTTT]16
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]14
    24 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]16
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]15
    25 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTC]1 --
    [CTTT]1 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]7
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]16
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]3 [CTTT]17
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]6 [CTTT]14
    26 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]6 [CTTT]15
    [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]2 [GTTT]1 [CTTT]17
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    表  2  部分样本比对信息与RIBS情况

    Table  2.   Comparison information and RIBS values for selected samples

    比对样本 比对得分 参与比对的有效
    基因座数量
    RIBS
    1-2 29 51 0.2843
    1-3 30 49 0.3061
    1-4 25 51 0.2451
    1-5 23 51 0.2255
    1-6 35 51 0.3432
    1-7 21 51 0.2059
    1-8 26 51 0.2549
    1-9 31 51 0.3039
    1-10 26 46 0.2826
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    表  3  820对家系样本的回代分类结果

    Table  3.   Resubstitution classification results for 820 within-pedigree sample pairs

    实际类别预测类型(对)总计(对)
    近距离
    亲缘关系
    远距离
    亲缘关系
    近距离亲缘关系
    (1~3级)
    13215
    远距离亲缘关系
    (4级及以上)
    8797805
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    表  4  样本验证结果

    Table  4.   Validation results of samples

    样本对
    编号
    CIBS 参与比对的
    有效基因座数量
    RIBS 亲缘关系
    等级
    D
    1 25 20 0.6250 1 6.63
    2 24 20 0.6000 1 6.09
    3 25 20 0.6250 1 6.63
    4 24 20 0.6000 1 6.09
    5 26 20 0.6500 1 7.17
    6 26 20 0.6500 1 7.17
    7 51 38 0.6711 1 7.63
    8 26 25 0.5200 1 4.37
    9 27 26 0.5192 1 4.35
    10 27 25 0.5400 1 4.80
    11 29 25 0.5800 1 5.66
    12 33 26 0.6346 1 6.84
    16 56 43 0.6512 2 7.20
    13 98 73 0.6712 2 7.63
    14 109 73 0.7466 2 9.26
    15 98 73 0.6712 2 7.63
    17 74 73 0.5068 3 4.08
    18 74 73 0.5068 3 4.08
    19 69 73 0.4726 3 3.34
    20 36 38 0.4737 3 3.37
    21 33 38 0.4342 3 2.51
    22 66 75 0.4400 3 2.64
    23 70 75 0.4667 3 3.21
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  • [1] Carratto T M T, Moraes V M S, Recalde T S F, et al. Applications of massively parallel sequencing in forensic genetics[J]. Genet Mol Biol, 2022, 45(3 Suppl 1): e20220077.
    [2] Li H, Li B, Liu Y, et al. Characterization of sequence variations in the extended flanking regions using massively parallel sequencing in 21 A-STRs and 21 Y-STRs[J]. BMC Genomics, 2024, 25(1): 841. doi: 10.1186/s12864-024-10762-9
    [3] Verbiest M, Maksimov M, Jin Y, et al. Mutation and selection processes regulating short tandem repeats give rise to genetic and phenotypic diversity across species[J]. J Evol Biol, 2023, 36(2): 321-336. doi: 10.1111/jeb.14106
    [4] Rhie A, Nurk S, Cechova M, et al. The complete sequence of a human Y chromosome[J]. Nature, 2023, 621(7978): 344-354. doi: 10.1038/s41586-023-06457-y
    [5] de Knijff P. On the forensic use of Y-chromosome polymorphisms[J]. Genes, 2022, 13(5): 898. doi: 10.3390/genes13050898
    [6] 丁光树, 孙辉, 孙敬, 等. 多拷贝Y-STR基因座判型标准及家系排查应用[J]. 刑事技术, 2022, 47(5): 523-529. doi: 10.16467/j.1008-3650.2021.0157
    [7] 明天悦, 蒋礼蓉, 刘京, 等. Y染色体遗传标记的法医学应用及展望[J]. 刑事技术, 2022, 47(4): 411-418. doi: 10.16467/j.1008-3650.2022.0009
    [8] 刘航. 用于男性家系精准识别的Y-STR复合扩增体系的构建及验证[D]. 北京: 中国人民公安大学, 2023.
    [9] 朱琳杰. 相同单倍型无关家系不同个体的Y-STR的多态性研究[D]. 昆明: 昆明医科大学, 2022.
    [10] Ralf A, Montiel González D, Zandstra D, et al. Large-scale pedigree analysis highlights rapidly mutating Y-chromosomal short tandem repeats for differentiating patrilineal relatives and predicting their degrees of consanguinity[J]. Hum Genet, 2023, 142(1): 145-160. doi: 10.1007/s00439-022-02493-2
    [11] SF/T 0117—2021. 生物学全同胞关系鉴定技术规范[S].
    [12] 马冠车, 李淑瑾. CIBS在不同亲缘关系中概率分布的计算及其应用[J]. 法医学杂志, 2021, 37(3): 372-377. doi: 10.12116/j.issn.1004-5619.2020.500311
    [13] 陈安琪, 张素华. 高通量测序技术: 解决法医学疑难生物检材鉴定的关键工具[J]. 中国法医学杂志, 2024, 39(6): 730-740. doi: 10.13618/j.issn.1001-5728.2024.06.017
    [14] Kayser M. Forensic genetics in the omics era[J]. Nat Rev Genet, 2026, 27(2): 170-186. doi: 10.1038/s41576-025-00896-1
    [15] 缪磊, 康克莱, 张驰, 等. 法庭科学核心STR基因座的序列特征[J]. 遗传, 2025, 47(11): 1214-1230. doi: 10.16288/j.yczz.25-021
    [16] 韦克全, 尚蕾, 袁丽萍, 等. 多重扩增靶向测序在法医遗传学中的生信分析应用[J]. 刑事技术, 2026, 51(1): 67-75. doi: 10.16467/j.1008-3650.2024.0093
    [17] 刘京, 季安全, 李彩霞, 等. 法医系谱分析研究进展[J]. 刑事技术, 2019, 44(3): 189-194. doi: 10.16467/j.1008-3650.2019.03.001
    [18] Tanudisastro H A, Deveson I W, Dashnow H, et al. Sequencing and characterizing short tandem repeats in the human genome[J]. Nat Rev Genet, 2024, 25(7): 460-475. doi: 10.1038/s41576-024-00692-3
    [19] Dierig L, Kunz S N, Wiegand P. Comparison of massively parallel sequencing to capillary electrophoresis for short tandem repeat genotyping of trace DNA[J]. Electrophoresis, 2024, 45(5-6): 451-462. doi: 10.1002/elps.202300145
    [20] Huang Y, Wang M, Liu C, et al. Comprehensive landscape of non-CODIS STRs in global populations provides new insights into challenging DNA profiles[J]. Forensic Sci Int Genet, 2024, 70: 103010. doi: 10.1016/j.fsigen.2024.103010
    [21] Zhou Z, Zhou Y, Li Z, et al. Identification and assessment of a subset of Y-SNPs with recurrent mutation for forensic purpose[J]. Forensic Sci Int, 2022, 334: 111270. doi: 10.1016/j.forsciint.2022.111270
    [22] 刘志勇, 孙辉, 王萌鸽, 等. 基于高通量测序的81个Y-STR法医学应用效能评估[J]. 中国法医学杂志, 2025, 40(5): 525-529. doi: 10.13618/j.issn.1001-5728.2025.05.001
    [23] 李燃, 孙宏钰. 法医学亲缘关系鉴定方法和研究热点[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 231-239. doi: 10.12116/j.issn.1004-5619.2023.530208
  • [1] 张乐, 夏加伟, 陈德盼, 李海雯, 白彬, 杨亚涛, 李翔, 张开义.  二代测序技术联合GeneXpert MTB/RIF在结核性脑膜炎早期诊断中的价值, 昆明医科大学学报. 2026, 47(6): 1-7.
    [2] 张在卉, 吕园园, 王志红.  多囊肾病患者的致病基因变异分析, 昆明医科大学学报. 2026, 47(9): 151-158. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20260914
    [3] 王安民, 刘忠发, 杨春辉, 邹广思, 施承民, 曾玉剑.  云南地区412例结直肠癌错配修复与微卫星状态的一致性及相关性分析, 昆明医科大学学报. 2025, 46(12): 101-111. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20251212
    [4] 孙艳红, 陈瑶瑶, 周洁楠, 张美玲, 刘照生, 赵晓南.  云南省第4例人感染欧亚类禽H1N1亚型猪流感病毒分子流行病学调查, 昆明医科大学学报. 2025, 46(4): 20-28. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20250404
    [5] 伍蓉霜, 彭江丽, 陈永刚, 陈洁, 马国伟, 李先蕊, 李谢, 余春红.  SLC2A9基因单核苷酸多态性与吡嗪酰胺致高尿酸血症易感性关系, 昆明医科大学学报. 2023, 44(4): 40-47. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20230409
    [6] 张立亚, 鲍娟, 王家平, 曹毅, 景睿, 张磊, 张文卿, 李天祎.  MTHFR C677T基因多态性与颈动脉狭窄及其侧支循环形成的关系, 昆明医科大学学报. 2022, 43(2): 96-101. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20220219
    [7] 李博一, 牛玲, 马蓉, 张娴, 刘方, 唐艳, 苗翠娟, 张程, 韩竺君.  护骨素基因启动子区T950C多态性与2型糖尿病合并骨质疏松症的关系, 昆明医科大学学报. 2022, 43(3): 67-73. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20220306
    [8] 徐彤, 马岩团进, 张宇航, 何秋月, 黄薇, 吕梦欣, 唐健, 何建萍, 蒋国庆, 钱源.  不同浓度维生素D 刺激下体外滋养细胞的二代测序研究, 昆明医科大学学报. 2022, 43(10): 1-9. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20221021
    [9] 李东云, 冮顺奎, 李捷, 张明星, 李雷.  ABCG2、SLC2A9、SLC17A3和 PRKG2基因单核苷酸位点多态性与哈尼族人群痛风的关系, 昆明医科大学学报. 2021, 42(3): 54-60. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210320
    [10] 李博一, 牛玲, 马蓉, 张娴, 刘方, 唐艳, 苗翠娟, 韩竺君, 张程.  护骨素基因启动子区T950C多态性与昆明地区2型糖尿病伴骨质疏松症的关系, 昆明医科大学学报. 2021, 43(): 1-8. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20211112
    [11] 牛玲, 李博一, 毛静秋, 唐艳, 马蓉, 刘方, 张程, 韩竹君, 苗翠娟, 张娴.  维生素D受体基因多态性与昆明地区2型糖尿病伴骨质疏松症的关系, 昆明医科大学学报. 2021, 42(7): 70-76. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210711
    [12] 牛玲, 李博一, 张程, 马蓉, 唐艳, 刘方, 尹利民, 韩竺君, 苗翠娟, 张娴.  降钙素受体、维生素D受体基因多态性与昆明地区2型糖尿病合并骨质疏松的关系, 昆明医科大学学报. 2021, 42(11): 74-80. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20211114
    [13] 陈新元, 吴晖, 莫亚雄, 韩雁冰, 陈新利, 朱文叶, 黄蕊, 唐薇.  NRG1-ErbB4基因多态性与局灶性癫痫易感性的关系, 昆明医科大学学报. 2021, 42(6): 82-87. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210607
    [14] 王乐, 范志祥, 陈志彬, 彭红瑜, 张延洁, 张璐, 万瑞雪, 龙莉.  t-PA基因Alu重复序列I/D多态性在云南彝族人群中的分布, 昆明医科大学学报. 2020, 41(02): 7-11.
    [15] 刘钧, 许冰莹.  Expressmarker16+10Y试剂盒一致性评价及在DNA数据库建设中的应用, 昆明医科大学学报. 2019, 40(08): 112-115.
    [16] 李惠英, 任丹阳, 李云巍, 秦利芬, 宗静, 严爱花.  NUDT15基因多态性与巯嘌呤类药物所致白细胞减少关系的Meta分析, 昆明医科大学学报. 2018, 39(11): 24-29.
    [17] 崔坤华, 李琪.  维生素D受体TaqI基因多态性与儿童肾病综合征激素治疗敏感性的关系, 昆明医科大学学报. 2017, 38(10): 60-64.
    [18] 周莹.  二代测序技术在临床医学上的相关应用, 昆明医科大学学报. 2016, 37(03): -.
    [19] 孙虹.  高效液相色谱法与酶法检测糖化血红蛋白结果一致性的比较, 昆明医科大学学报. 2014, 35(01): -1.
    [20] 许冰莹.  法医DNA序列多态性分析技术的研究进展, 昆明医科大学学报. 2014, 35(06): 1-1.
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