基于MPS研发multi-allelic SNP体系、CE构建diallelic DIP和mini STR的六色荧光分型体系及DIP解晰藏族的群体遗传结构

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背景与目的:在法医学实践中,主要基于PCR产物大小或序列进行DNA分析,各类陈旧、降解等疑难生物检材的分析检测难度大,使用短串联重复序列(Short Tandem Repeat,STR)进行的常规法医分析通常会导致DNA分型失败,为案件侦破带来困难和挑战。Mini STR是降解检材检测的常用补充遗传标记,但同一反应体系中所能容纳mini STR基因座数量是有限的,导致体系所有基因座累积鉴别效能较低。单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)和缺失或者插入多态性(DeletionorInsertion Polymorphism,DIP)突变率低、扩增片段短,是降解检材分型的理想补充分子遗传标记。多等位基因SNP(Multiple allelic SNP,multi-allelic SNP)具有三个或者三个以上的等位基因,纳入更少的multi-allelic SNP位点便可以获得比二等位基因SNP(diallelic SNP)更高效的鉴别效能;还可以通过检测第三或第四个等位基因的存在给出更清晰的信号来指示是否存在混合物。DIP和mini STR基因座属于长度多态性,可采用法医实验室常用的毛细管电泳平台进行分型,操作方法简单且分型成本低。为提高法医降解检材的分型检测成功率,增加其法医身份鉴识的累积鉴别效能,本研究旨在基于两个不同的平台构建两组复合扩增同步分型检测体系,为法医降解检材的分型检测提供有效的新工具。研究各民族的遗传结构有助于解析民族遗传背景,追溯民族起源。藏族人们世代生活在平均海拔4500米以上的青藏高原,对高原环境有很好的适应能力。由于相对封闭的地理环境,藏族人保存了具有代表性的生理特征和遗传信息,成为人类遗传学的重要研究群体。本研究旨在应用91个diallelic DIP位点解晰我国藏族的群体遗传背景和遗传结构,为法医人类学和群体遗传学研究提供有价值的见解。方法与内容:(1)基于公共SNP数据库和特定的甄选标准,选择了 27个multi-allelic SNP 位点,在大规模平行测序(Massively parallel sequencing,MPS)平台上进行测序分型,在中国的两个少数民族中:蒙古族(CMX:Chinese Mongolian in Xinjiang,China)和哈萨克族(CKX:Chinese Kazak in Xinjiang,China)中评估了该multi-allelic SNP检测体系的测序性能,同时调查这些multi-allelic SNP位点的遗传多态性和法医应用效能。(2)基于毛细管电泳平台,开发了一组包括常染色体上59个DIP位点、2个mini STR基因座,Y染色体上2个DIP位点,及1个性别鉴别基因(Amelogenin)的六色荧光标记复合扩增同步分型检测体系,随后,根据DNA分析方法科学工作小组制定的验证指南进行新体系的验证评估,并在中国湖南汉族(CHH:Han Chinese in Hunan,China)、青海藏族(CTQ:Tibetan in Qinghai,China)及西藏藏族(CTT:Tibetan in Tibet,China)中进行遗传多态性及法医学应用效能调查。(3)基于91个diallelic DIP位点数据,应用STRAF v1.0.5、Arlequin v3.5、DISPAN 程序、Genepop v4.7、TBtools、Phylip v3.695、MEGA v7.0、Origin 2021、STRUCTURE v 2.3.4、Rv3.5.3、CLUMPP v1.1.2、Distruct v1.1、Infocalc v1.1、Snipper v2.5等生物信息学分析软件研究了我国两个藏族的群体遗传结构并分析了其与另外26个参考群体的遗传关系。结果与结论:(1)基于MPS平台构建的multi-allelic SNP检测体系测序性能好,所包含位点在CMX和CKX民族中均表现为三个或者四个等位基因变异,遗传多态性高,个体识别力强,可以很好地应用于法医学个人识别和亲缘关系鉴定。(2)基于毛细管电泳平台构建的包含61个DIP位点、2个mini STR基因座及1个性别鉴定基因的六色荧光分型体系,体系稳定性好、灵敏度高、特异强,能对法医降解等疑难检材进行高效的复合扩增分析;体系中纳入mini STR基因座,能更容易提示混合样本的存在;体系中纳入Y-DIP位点,能够对性别进行更准确的鉴定;体系中包括的59个常染色体DIP位点在CHH、CTQ及CTT群体中遗传多态性高、个体识别力强;该体系将是东亚人群法医学个人识别和亲缘关系鉴定应用中的有效新工具,且容易在基层法医DNA实验室推广应用。(3)基于91个DIP位点进行的群体遗传学研究表明,CTQ和CTT群体与东亚地区群体之间的遗传结构最相似,在STRUCTURE结构分析的最佳K值等于3时,CTQ和CTT群体中的东亚祖先信息成分比例分别是0.8932和0.9107。(4)法医祖先信息含量评估表明,本研究中涉及的一些种群特异性强的multi-allelic SNP和DIP位点,可考虑作为推测个体生物地理起源的祖先信息标记,用于之后的法医人类学特征和法医族源推断体系研究。
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