巫家盛,張 何,孫宏鈺,袁 紅,曲春冰,李海霞

(1.廣東省東莞市公安局,廣東 東莞,523008;2.中山大學中山醫(yī)學院 法醫(yī)系,廣東 廣州,510080)

DNA親緣關系數據分析管理系統(tǒng)的開發(fā)與應用

巫家盛1,張 何1,孫宏鈺2,袁 紅1,曲春冰1,李海霞2

(1.廣東省東莞市公安局,廣東 東莞,523008;2.中山大學中山醫(yī)學院 法醫(yī)系,廣東 廣州,510080)

選用 C/S(客戶端 /服務器)模式,采用 SQLServer2000數據庫,設計出一套適合實驗室使用的DNA親緣關系分析處理系統(tǒng),使之包含案件登記及數據錄入、親權指數及相對親權關系概率計算、基礎數據庫及檔案管理三大模塊。經過多次實驗證明DNA親緣關系分析處理系統(tǒng)能用于同胞及其他親緣關系鑒定案例的分析處理,并具有檔案管理的功能,能提高鑒定工作效率和工作質量。

法醫(yī)物證;ITO;親緣關系;軟件

法醫(yī)物證學在解決親子鑒定問題的過程中,除了常規(guī)的父母子之間的親權鑒定,還常常需要涉及到同胞、旁系、隔代親緣間的血緣關系鑒定,如兄弟、叔侄、祖孫等。ITO方法是基于孟德爾遺傳規(guī)律,可用于計算兩個體間各種親緣關系可能性的經典方法。但該法人工計算繁雜,需對每個STR基因座逐一利用公式進行繁瑣的計算,費時費力,容易出錯。鑒于此,針對 PCR-STR分型結果,筆者開發(fā)了一套適合于親緣鑒定的數據分析管理系統(tǒng),用以分析、計算、判定結果、管理檔案。

一、材料與方法

(一)系統(tǒng)配置

軟件架構采用 C/S(客戶端 /服務器)模式,標準為 3個客戶端 1數據服務器,見圖 1,數據庫采用 SQLServer2000,可以與某一客戶端安裝于同一電腦上,支持W inXP/W in2000操作系統(tǒng)。對硬件無特殊要求。

圖 1系統(tǒng)軟件架構

(二)理論基礎

1. ITO方法基本原理[1][2][3]

按照孟德爾遺傳規(guī)律,兩個體間在常染色體遺傳標記上有 3種情況:即沒有同源基因;有 1個同源基因;有 2個同源基因。以系數Φ表示兩個體基因型出現(xiàn)這三種情況的概率,分別為Φ0、Φ1、Φ2且Φ0+Φ1+Φ2=1。給定甲乙兩個體常染色體基因型,以 I、T、O分別表示乙與甲 “有 2個、有 1個、沒有”同源基因時,乙出現(xiàn)該基因型的概率。兩者是否有某種血緣關系的機會大小表示為 R,即 R=Φ0O+Φ1T+Φ2I。

2.親緣關系親權指數的計算

根據標準三聯(lián)體檢驗中親權指數 (PI)的計算原則,在親緣關系的計算中,假設甲、乙兩人有某種親緣關系 (Hp),或者是無關個體 (Hd),這兩種假設的機會 (Rp或 Rd)的比值即為親權指數 PI,通過測定多個 STR基因座可得出 CPI。參照文獻[2],按照W=CPI/(CPI+1)計算親緣關系概率W,當W>99.95%,強力支持兩者之間具有該親緣關系;當 95%

(三)軟件設計

1.設計要求

本軟件可實現(xiàn)數據輸入,完成親權指數和相對親權概率的計算;必須適用于包含不同 STR位點組合的各種試劑盒,并能根據具體情況選擇適合的 STR位點基因頻率方案;界面直觀,符合中國人的思維習慣;可方便地進行網絡應用;開發(fā)、維護方便,成本低。

2.開發(fā)思路

系統(tǒng)由三大模塊組成:一是資料登記及信息錄入模塊,包括檢驗報告基本資料的輸入、編輯和儲存,STR分型數據自動導入;二是數據分析模塊,包括親緣關系計算類型選擇,親緣關系親權指數和相對親權概率的計算、個體識別偶合率和似然比的計算,各種計算公式均來源于文獻;三是系統(tǒng)設置模塊,包括設定各種試劑盒的位點方案,調整各地人群的基因頻率方案,用戶賬號和權限管理[4][5]。

3.使用方法簡介

雙擊程序圖標,輸入用戶名和密碼后進入程序界面。點擊 “新建報告”,輸入報告編號、時間、樣品的相關信息,選擇相應試劑盒的位點模板以及適合該個案的頻率方案后,自動導入或人工編輯 STR基因分型數據。

選擇親緣關系計算類型后點擊 “位點計算”,系統(tǒng)自動計算各種親緣關系的 CPI、RCP值,并在結論一欄中提示該種同胞關系的親權指數及親權概率。點擊 “計算詳細”一欄,可查看樣品中每一個 STR位點的表型對應頻率以及單一的 PI、RCP值 ,見圖 2。

圖 2軟件界面

數據庫設置: (1)檢案登記數據庫,用于檢驗報告中基本資料的儲存、查詢,設有如下字段:報告編號、報告人、報告日期、樣品編號、姓名、性別、民族、存放時間、存放位置; (2)各個STR位點數據庫:以常用的 STR位點命名 ,存儲STR分型的結果 ,如 TPOX數據庫用于存儲所有檢材 TPOX的分型結果 ,設有如下字段:基因座名稱、等位基因名稱、片段長度、重復次數;(3)STR位點等位基因頻率數據庫:屬資源型數據庫,存儲 STR位點等位基因頻率,可分別定義不同人種地區(qū)等位基因頻率方案,見圖 3。

圖 3基因頻率數據庫

4.案例應用

案例:2008年 12月某日于東莞市塘廈鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)一具高度腐敗的男性尸體,由法醫(yī)鑒定死者年齡約 40歲左右,系被他人用鈍物打擊頭部致顱腦損傷死亡,通過調查懷疑死者為馮某,42歲,香港人。但由于死者父母已故,又無子女,只有一名姐姐,要求鑒定同胞關系以確認尸源。提取死者軟骨樣本與懷疑其姐姐的血樣,采用 Identifiler+Sinofiler+Powerplex16系統(tǒng)復合擴增 19個 STR基因座,將基因型輸入系統(tǒng)后計算 PIfs和Wfs,PIfs=0.25×2.4281×11.2758×11.6766×3.1604×0.7308×1.3621×1.0929×29.6112×0.7904×1.0076×2.7223×1.9682×0.25×7.2406×1.9837×0.25×1.2266×1.1759=44955.006。Wfs=99.998%。結合死者家屬對死者衣物的指認,作出認為具有同胞關系的結論。破案后證實死者確系馮某。

(二 ) 討論

1.DNA親緣關系數據分析管理系統(tǒng)的優(yōu)缺點

該管理系統(tǒng)具備以下優(yōu)點: (1)使用簡單,使原來繁瑣的 ITO方法的計算過程大大簡化,能同時提供多種親緣關系的數據參考并附有詳細的計算過程;(2)擴展功能強大,內置的 STR位點分型及等位基因頻率數據庫均可以編輯更新,針對不同人種地區(qū),調查計算或者參考文獻定義基因頻率方案,使親緣關系的計算更為精確;(3)數據管理功能完善,檢案登記數據庫提供了多個條目的標記,包括案件編號、報告日期、樣品信息等,查詢便捷準確;(4)軟件架構采用 C/S(客戶端/服務器)模式,并提供人性化的用戶帳戶及權限管理。

不足之處:功能較為單一,對三聯(lián)體檢驗、個體識別的混合斑檢驗支持不夠;數據處理量有限。

2.今后軟件升級需增加或改進的功能

本軟件有待于如下方面的改進: (1)增加三聯(lián)體、混合斑的檢驗計算功能; (2)進一步完善等位基因頻率數據庫,加入常用 STR位點的突變率一項;(3)增加鑒定文書的生成與打印功能。

三、結論

DNA親緣關系數據分析管理系統(tǒng)具有界面友好、功能靈活、可實現(xiàn)網絡化操作、易于維護的特點,適用于實驗室對于親緣關系鑒定的分析、計算、管理應用。

[1]Li CC,Sacks L. The derivation of joint distribution and correlation between relatives by the use of stochasticmatrices.Biometrics,1954,10:347.

[2]陸惠玲,楊慶恩.用 ITO方法計算兩個體間的血緣關系機會 [J].中國法醫(yī)學雜志,2002,(3):188-191.

[3]陸惠玲,劉秋玲,臺運春,等.常染色體 STR遺傳標記在同胞鑒定中的應用 [J].中國法醫(yī)學雜志,2003,(3):154-156.

[4]蔡穎,黃創(chuàng)杰,相大鵬,等.小型實驗室專用親子鑒定管理軟件的開發(fā)與應用 [J].中國司法鑒定雜志,2006,(3):13-15.

[5]高玉振,應斌武,吳謹,等.親子鑒定數據管理軟件的開發(fā)與應用 [J].中國輸血雜志,2002,(4):282-283.

責任編輯:馬 睿

A bstract:To develop the appraisal system of generic relationship in paternity test can increase work efficiency.One way is to adopt C/Smode integratingwith database SQLServer 2000 and the common methods of ITO to design the proper appraisalmanagement software.This software will include three majormodules,namely,data entry and maintenance,paternity index and relative paternity ratio calculation,and data management.The results show that this appraisal system can be applied to cases involving genetic relationship to increase work efficiency and quality.

Key w ords:genetic relationship;STR;ITO;PI

The Development and Application of Data AnalysisManagement System in DNA Genetic Relationship

W u Jia-sheng1,Zhang He1,Sun Hong-yu2,Yuan Hong1,Qu Chun-bing1,L i Ha i-xia2
(Dongguan Public SecurityBureau of Guangdong Province,Dongguan 523008,China;Dept.ofMedical Jurisprudence,Zhongshan School ofMedicine of Sun Yat-sen University,Guangzhou 510080,China)

DF795.4

A

1009-3745(2010)02-0102-03

2010-02-22

公安部應用創(chuàng)新計劃項目 (2007YYCXGDST079);東莞市科技計劃項目 (2007108101030)

巫家盛 (1982-),男,廣東梅縣人,廣東省東莞市公安局刑警支隊法醫(yī)師,從事法醫(yī)物證檢驗及研究工作;張何,廣東省東莞市公安局刑警支隊副主任法醫(yī)師;孫宏鈺,中山大學中山醫(yī)學院法醫(yī)系副教授;袁紅,廣東省東莞市公安局刑警支隊副主任法醫(yī)師;曲春冰,廣東省東莞市公安局刑警支隊主檢法醫(yī)師,李海霞,中山大學中山醫(yī)學院法醫(yī)學碩士研究生。