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(xué)中山醫(yī)學(xué)院 法醫(yī)系,廣東 廣州,510080)

DNA親緣關(guān)系數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)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(xué)中山醫(yī)學(xué)院 法醫(yī)系,廣東 廣州,510080)

選用 C/S(客戶端 /服務(wù)器)模式,采用 SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù),設(shè)計(jì)出一套適合實(shí)驗(yàn)室使用的DNA親緣關(guān)系分析處理系統(tǒng),使之包含案件登記及數(shù)據(jù)錄入、親權(quán)指數(shù)及相對(duì)親權(quán)關(guān)系概率計(jì)算、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)及檔案管理三大模塊。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)證明DNA親緣關(guān)系分析處理系統(tǒng)能用于同胞及其他親緣關(guān)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(zhì)量。

法醫(yī)物證;ITO;親緣關(guān)系;軟件

法醫(yī)物證學(xué)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(quán)鑒定,還常常需要涉及到同胞、旁系、隔代親緣間的血緣關(guān)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(jì)算兩個(gè)體間各種親緣關(guān)系可能性的經(jīng)典方法。但該法人工計(jì)算繁雜,需對(duì)每個(gè)STR基因座逐一利用公式進(jìn)行繁瑣的計(jì)算,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,容易出錯(cuò)。鑒于此,針對(duì) PCR-STR分型結(jié)果,筆者開發(fā)了一套適合于親緣鑒定的數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng),用以分析、計(jì)算、判定結(jié)果、管理檔案。

一、材料與方法

(一)系統(tǒng)配置

軟件架構(gòu)采用 C/S(客戶端 /服務(wù)器)模式,標(biāo)準(zhǔn)為 3個(gè)客戶端 1數(shù)據(jù)服務(wù)器,見圖 1,數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)硬件無特殊要求。

圖 1系統(tǒng)軟件架構(gòu)

(二)理論基礎(chǔ)

1. ITO方法基本原理[1][2][3]

按照孟德爾遺傳規(guī)律,兩個(gè)體間在常染色體遺傳標(biāo)記上有 3種情況:即沒有同源基因;有 1個(gè)同源基因;有 2個(gè)同源基因。以系數(shù)Φ表示兩個(gè)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(gè)體常染色體基因型,以 I、T、O分別表示乙與甲 “有 2個(gè)、有 1個(gè)、沒有”同源基因時(shí),乙出現(xiàn)該基因型的概率。兩者是否有某種血緣關(guān)系的機(jī)會(huì)大小表示為 R,即 R=Φ0O+Φ1T+Φ2I。

2.親緣關(guān)系親權(quán)指數(shù)的計(jì)算

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)體檢驗(yàn)中親權(quán)指數(shù) (PI)的計(jì)算原則,在親緣關(guān)系的計(jì)算中,假設(shè)甲、乙兩人有某種親緣關(guān)系 (Hp),或者是無關(guān)個(gè)體 (Hd),這兩種假設(shè)的機(jī)會(huì) (Rp或 Rd)的比值即為親權(quán)指數(shù) PI,通過測(cè)定多個(gè) STR基因座可得出 CPI。參照文獻(xiàn)[2],按照W=CPI/(CPI+1)計(jì)算親緣關(guān)系概率W,當(dāng)W>99.95%,強(qiáng)力支持兩者之間具有該親緣關(guān)系;當(dāng) 95%

(三)軟件設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)要求

本軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入,完成親權(quán)指數(shù)和相對(duì)親權(quán)概率的計(jì)算;必須適用于包含不同 STR位點(diǎn)組合的各種試劑盒,并能根據(jù)具體情況選擇適合的 STR位點(diǎn)基因頻率方案;界面直觀,符合中國(guó)人的思維習(xí)慣;可方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用;開發(fā)、維護(hù)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(yàn)報(bào)告基本資料的輸入、編輯和儲(chǔ)存,STR分型數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入;二是數(shù)據(jù)分析模塊,包括親緣關(guān)系計(jì)算類型選擇,親緣關(guān)系親權(quán)指數(shù)和相對(duì)親權(quán)概率的計(jì)算、個(gè)體識(shí)別偶合率和似然比的計(jì)算,各種計(jì)算公式均來源于文獻(xiàn);三是系統(tǒng)設(shè)置模塊,包括設(shè)定各種試劑盒的位點(diǎn)方案,調(diào)整各地人群的基因頻率方案,用戶賬號(hào)和權(quán)限管理[4][5]。

3.使用方法簡(jiǎn)介

雙擊程序圖標(biāo),輸入用戶名和密碼后進(jìn)入程序界面。點(diǎn)擊 “新建報(bào)告”,輸入報(bào)告編號(hào)、時(shí)間、樣品的相關(guān)信息,選擇相應(yīng)試劑盒的位點(diǎn)模板以及適合該個(gè)案的頻率方案后,自動(dòng)導(dǎo)入或人工編輯 STR基因分型數(shù)據(jù)。

選擇親緣關(guān)系計(jì)算類型后點(diǎn)擊 “位點(diǎn)計(jì)算”,系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算各種親緣關(guān)系的 CPI、RCP值,并在結(jié)論一欄中提示該種同胞關(guān)系的親權(quán)指數(shù)及親權(quán)概率。點(diǎn)擊 “計(jì)算詳細(xì)”一欄,可查看樣品中每一個(gè) STR位點(diǎn)的表型對(duì)應(yīng)頻率以及單一的 PI、RCP值 ,見圖 2。

圖 2軟件界面

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置: (1)檢案登記數(shù)據(jù)庫(kù),用于檢驗(yàn)報(bào)告中基本資料的儲(chǔ)存、查詢,設(shè)有如下字段:報(bào)告編號(hào)、報(bào)告人、報(bào)告日期、樣品編號(hào)、姓名、性別、民族、存放時(shí)間、存放位置; (2)各個(gè)STR位點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù):以常用的 STR位點(diǎn)命名 ,存儲(chǔ)STR分型的結(jié)果 ,如 TPOX數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)所有檢材 TPOX的分型結(jié)果 ,設(shè)有如下字段:基因座名稱、等位基因名稱、片段長(zhǎng)度、重復(fù)次數(shù);(3)STR位點(diǎn)等位基因頻率數(shù)據(jù)庫(kù):屬資源型數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ) STR位點(diǎn)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(shù)據(jù)庫(kù)

4.案例應(yīng)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(diào)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(guān)系以確認(rèn)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(fù)合擴(kuò)增 19個(gè) STR基因座,將基因型輸入系統(tǒng)后計(jì)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(jié)合死者家屬對(duì)死者衣物的指認(rèn),作出認(rèn)為具有同胞關(guān)系的結(jié)論。破案后證實(shí)死者確系馮某。

(二 ) 討論

1.DNA親緣關(guān)系數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

該管理系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn): (1)使用簡(jiǎn)單,使原來繁瑣的 ITO方法的計(jì)算過程大大簡(jiǎn)化,能同時(shí)提供多種親緣關(guān)系的數(shù)據(jù)參考并附有詳細(xì)的計(jì)算過程;(2)擴(kuò)展功能強(qiáng)大,內(nèi)置的 STR位點(diǎn)分型及等位基因頻率數(shù)據(jù)庫(kù)均可以編輯更新,針對(duì)不同人種地區(qū),調(diào)查計(jì)算或者參考文獻(xiàn)定義基因頻率方案,使親緣關(guān)系的計(jì)算更為精確;(3)數(shù)據(jù)管理功能完善,檢案登記數(shù)據(jù)庫(kù)提供了多個(gè)條目的標(biāo)記,包括案件編號(hào)、報(bào)告日期、樣品信息等,查詢便捷準(zhǔn)確;(4)軟件架構(gòu)采用 C/S(客戶端/服務(wù)器)模式,并提供人性化的用戶帳戶及權(quán)限管理。

不足之處:功能較為單一,對(duì)三聯(lián)體檢驗(yàn)、個(gè)體識(shí)別的混合斑檢驗(yàn)支持不夠;數(shù)據(jù)處理量有限。

2.今后軟件升級(jí)需增加或改進(jìn)的功能

本軟件有待于如下方面的改進(jìn): (1)增加三聯(lián)體、混合斑的檢驗(yàn)計(jì)算功能; (2)進(jìn)一步完善等位基因頻率數(shù)據(jù)庫(kù),加入常用 STR位點(diǎn)的突變率一項(xiàng);(3)增加鑒定文書的生成與打印功能。

三、結(jié)論

DNA親緣關(guān)系數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)具有界面友好、功能靈活、可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化操作、易于維護(hù)的特點(diǎn),適用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)于親緣關(guān)系鑒定的分析、計(jì)算、管理應(yīng)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(jì)算兩個(gè)體間的血緣關(guān)系機(jī)會(huì) [J].中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志,2002,(3):188-191.

[3]陸惠玲,劉秋玲,臺(tái)運(yùn)春,等.常染色體 STR遺傳標(biāo)記在同胞鑒定中的應(yīng)用 [J].中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志,2003,(3):154-156.

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

[5]高玉振,應(yīng)斌武,吳謹(jǐn),等.親子鑒定數(shù)據(jù)管理軟件的開發(fā)與應(yīng)用 [J].中國(guó)輸血雜志,2002,(4):282-283.

責(zé)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(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目 (2007YYCXGDST079);東莞市科技計(jì)劃項(xiàng)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(duì)法醫(yī)師,從事法醫(yī)物證檢驗(yàn)及研究工作;張何,廣東省東莞市公安局刑警支隊(duì)副主任法醫(yī)師;孫宏鈺,中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院法醫(yī)系副教授;袁紅,廣東省東莞市公安局刑警支隊(duì)副主任法醫(yī)師;曲春冰,廣東省東莞市公安局刑警支隊(duì)主檢法醫(yī)師,李海霞,中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)碩士研究生。