DNA分析技術(shù)在法庭科學(xué)中的應(yīng)用*

□王懷鋒，童 奇，蘇立堅

（1.浙江警察學(xué)院，浙江杭州 310053）（2.安吉縣公安局，浙江安吉 313300）（3.平陽縣公安局，浙江平陽 325400）

DNA分析技術(shù)在法庭科學(xué)中的應(yīng)用*

□王懷鋒1，童 奇2，蘇立堅3

（1.浙江警察學(xué)院，浙江杭州 310053）
（2.安吉縣公安局，浙江安吉 313300）
（3.平陽縣公安局，浙江平陽 325400）

DNA分析技術(shù)是當(dāng)前法醫(yī)生物物證鑒定中最主要的技術(shù)手段。STR分析技術(shù)主要應(yīng)用于個體識別和親緣關(guān)系確定等；SNP分析技術(shù)可應(yīng)用于身份鑒定、親權(quán)鑒定、始祖推斷和表型推斷；DNA測序技術(shù)可以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和自動化的物種鑒定，其中新一代DNA測序技術(shù)能夠分析更多的遺傳標(biāo)記，有了創(chuàng)建全部遺傳標(biāo)記的能力。

STR分析技術(shù)；SNP分析技術(shù)；DNA測序技術(shù)；法庭科學(xué)；綜述

法醫(yī)DNA技術(shù)是指將分子生物學(xué)方法應(yīng)用到法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，對所涉及的生物檢材DNA進(jìn)行分析檢驗，達(dá)到個體識別及親權(quán)鑒定的目的。從1985年英國遺傳學(xué)家Alec Jeffreys首次報道了法醫(yī)DNA指紋技術(shù)［1］，到如今，法醫(yī)DNA技術(shù)已成為法醫(yī)物證檢驗的常規(guī)技術(shù)。筆者就法醫(yī)DNA分析主要技術(shù)中的STR分析技術(shù)、SNP分析技術(shù)和DNA測序技術(shù)的進(jìn)展及應(yīng)用進(jìn)行綜述。

一、STR分析技術(shù)

（一）常量檢材STR分析。STR分析是當(dāng)前法醫(yī)生物物證鑒定和DNA數(shù)據(jù)庫建設(shè)中的首選手段，主要用于個體識別和親緣關(guān)系確定。除常見的常規(guī)16位點STR分析外，Y-染色體STR基因座檢驗 （YSTR）也常用于法醫(yī)DNA分析中，在男女混合斑的檢驗中，利用Y-STR技術(shù)，可獲得混合樣品中男性成分分型，不受女性成分的干擾［2］，這不僅可以確定男性生物檢材的來源，還可確證是幾個男性的混合結(jié)果，因此Y-STR在確定輪奸案中犯罪嫌疑人人數(shù)、排除或指控犯罪嫌疑人等方面有重要的實用價值；Y-STR還可以用于對相關(guān)范圍內(nèi)家系中男性個體進(jìn)行調(diào)查，縮小偵查范圍，節(jié)約經(jīng)費［3］；Y-STR在父子單親親緣關(guān)系鑒定時，常用作STR分析的補(bǔ)充。值得一提的是，在缺乏雙親認(rèn)定姐妹親緣關(guān)系及同父異母的姐妹親緣關(guān)系認(rèn)定時，X染色體的STR具有常染色體遺傳標(biāo)記無法比擬的優(yōu)點，這已引起了法醫(yī)DNA工作者的注意［4］。

（二）微量檢材STR分析。在很多案件中常會碰到微量或混合檢材的情況，聯(lián)合運用單細(xì)胞顯微捕獲技術(shù)和少量擴(kuò)增（Low Volume-PCR）系統(tǒng)對解決微量和混合檢材問題具有重要意義［5］，顯微操作細(xì)胞捕獲技術(shù)是一種可靠準(zhǔn)確的微量全基因組DNA制備方法，全基因組擴(kuò)增 （Whole Genome Amplification，WGA）技術(shù)是一種對全部基因組序列進(jìn)行非選擇性擴(kuò)增的技術(shù)。近幾年來，對WGA技術(shù)擴(kuò)增痕量DNA檢材的研究日漸深入，這些研究可望用于刑案現(xiàn)場采集到的痕量DNA樣品的擴(kuò)增，為法醫(yī)個體識別提供足量的DNA模板［6］。

（三）腐敗檢材STR分析。

1.Mini STR分析技術(shù)。在處理腐敗檢材時，常規(guī)的STR技術(shù)很難進(jìn)行常規(guī)的擴(kuò)增，Mini STR的引物更靠近常規(guī)STR引物開始于STR位點處，PCR擴(kuò)增出的產(chǎn)物片段更小，對于降解嚴(yán)重的DNA樣品可以獲得更多的信息［7］。

2.SNP分析技術(shù)。單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphisms，SNPs），指單個核苷酸堿基的改變，導(dǎo)致核酸序列的多態(tài)性。SNP法醫(yī)學(xué)的樣本通常已經(jīng)高度腐敗降解或是只殘留很少的DNA模板，單核苷酸多態(tài)性（SNP）為法醫(yī)DNA分析提供了可能。SNP的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用可分為四個方面［8］：（1）身份鑒定SNP，身份鑒定在法醫(yī)學(xué)上與STR位點有著相同的功能，為身份鑒定提供基因信息，可以排除那些不能作為證據(jù)的樣本來源或不具有親緣關(guān)系的個體；（2）系譜推斷SNP，系譜推斷是通過家系中相關(guān)個體的基因型，追溯染色體片段的傳遞來推斷單倍速型狀態(tài)，在法醫(yī)工作中主要用于親權(quán)鑒定；（3）始祖推斷SNP，始祖多態(tài)位點是遍布于人類基因組的SNP，并且在世界不同人群中的出現(xiàn)頻率不同，它們能夠用于判斷樣本的生物起源，從而間接地推測一些表型特點；（4）表型推斷SNP，在一些案件中，如果能獲得犯罪者的外貌特征信息將為調(diào)查的進(jìn)行提供有價值的線索，目前為止，表型SNP的主要工作集中在色素沉著上，描述表型特點的SNP標(biāo)記能更加準(zhǔn)確地預(yù)測面部構(gòu)像，從而為案件調(diào)查提供更多的線索。

二、DNA測序分析技術(shù)

（一）傳統(tǒng)DNA測序技術(shù)。對DNA分析的終極方法是對其進(jìn)行物理測序，目前用到最多的是對線粒體DNA的測序，線粒體DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）是細(xì)胞核外遺傳物質(zhì)［9］，線粒體內(nèi)有些基因編碼區(qū)進(jìn)化緩慢，相對保守，但保守區(qū)中的可變區(qū)進(jìn)化快，不同種屬間差異大，故可用于種屬的區(qū)分，常用到的基因有16S rRNA基因、12S rRNA基因和cyt b基因和COI基因線粒體DNA作為一種常用的分子標(biāo)記，已在軟體動物的系統(tǒng)發(fā)生、物種鑒定和種群結(jié)構(gòu)等研究中得到廣泛應(yīng)用［10］。線粒體COI基因中的部分區(qū)域由于其變異速率適中并具有完善的通用引物，常被用作物種鑒定的DNA條形碼。在DNA分類學(xué)（DNA Taxonomy，即以DNA序列作為生物分類系統(tǒng)平臺）的基礎(chǔ)上，加拿大動物學(xué)家Paul Hebert等對動物界，包括脊椎動物和無脊椎動物共11門13320個物種的線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基基因序列比較分析，除腔腸動物Cnidaria外，98%的物種遺傳距離差異在種內(nèi)0%～2%，種間平均可達(dá)到11.3%，據(jù)此提出可以用單一的小片段基因來代表物種，作為物種的條形編碼，為全球生物編碼，即DNA barcoding（DNA條形碼）是利用一段標(biāo)準(zhǔn)DNA序列作為標(biāo)記來實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和自動化的物種鑒定，類似于超市利用條形碼掃描區(qū)分成千上萬種不同的商品。如此，非物種專家亦能快速準(zhǔn)確地鑒定物種，若此項技術(shù)應(yīng)用于法醫(yī)工作實踐，勢必促進(jìn)法醫(yī)工作的效能，為公安偵破相關(guān)案件縮小范圍，提高效率。

（二）新一代DNA測序技術(shù)。相對于傳統(tǒng)Sanger測序而言，新一代測序技術(shù)應(yīng)運而生，它們利用大量并行處理的能力讀取多個短DNA片段，然后拼接成一幅完整的圖畫。生產(chǎn)新一代測序儀器的公司主要有Roche公司和Illumina公司等，它們的新技術(shù)原理不完全相同，但業(yè)界都統(tǒng)一稱為“新一代DNA測序技術(shù)（NGS）［11］”。如果對兩代技術(shù)進(jìn)行比較，第一代技術(shù)的特點可以說是“線性的”，儀器每次運行只能讀取有限幾個“道”上的測量數(shù)據(jù)，而新一代技術(shù)則是“平面的”，儀器每次運行可以讀取整個平面上成千上萬個測量點的數(shù)據(jù)。因此，新一代技術(shù)的測量能力要強(qiáng)大許多倍。

NGS的優(yōu)點在于讓我們能夠分析更多的遺傳標(biāo)記，有了創(chuàng)建全部遺傳標(biāo)記的能力，我們將能夠回答一些親緣關(guān)系問題，在幾年前這些問題的解決是無法想象的。有了NGS，我們能夠一次對大量基因進(jìn)行測序，并客觀看待可能存在的所有變異，這為我們提供了信息，可能在富有挑戰(zhàn)性的刑事案件中協(xié)助我們確定死因。在表型領(lǐng)域，當(dāng)我們視圖畫出那個人的樣子時，我們需要做大量工作來確定顏色-頭發(fā)顏色、眼睛顏色、皮膚顏色?，F(xiàn)在我們想要聚焦在與更具體的特征相關(guān)的標(biāo)記上，如鼻子、耳朵、嘴唇和軟組織的性狀，卷發(fā)還是直發(fā)。這些特征也許已足以勾起某人的回憶，幫助識別修復(fù)的個體，讓我們能夠邁入傳統(tǒng)的DNA親緣關(guān)系分析，這就是NGS在生物血統(tǒng)標(biāo)記發(fā)現(xiàn)上的真正價值。

［1］姜先華.DNA分析技術(shù)在法庭科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展［J］.綜述與專論，2004（6）：1.

［2］Kreike，LehnerJ.A Sex determination and DNA competition in the analysis of forensic mixed stains by PCR［J］. Int J Legal Med，1995，107：235.

［3］李愛強(qiáng)、宋金平等.Y染色體STR檢驗技術(shù)在偵查破案中的應(yīng)用［J］.中國法醫(yī)學(xué)雜志，2006（21）（增刊）.

［4］張偉娟、周雪平等.X染色體遺傳標(biāo)記研究進(jìn)展［J］.中國法醫(yī)學(xué)雜志，2003（19）：250.

［5］亓冰、李彩霞、涂政等.單細(xì)胞顯微捕獲技術(shù)聯(lián)合LV-PCR系統(tǒng)在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用［J］.國際遺傳學(xué)雜志，2009 （2）：84-88.

［6］蔡海強(qiáng)、柳海濤、史斌等.全基因組擴(kuò)增技術(shù)及其在法醫(yī)個體識別中的應(yīng)用［J］.遺傳，2010，32（11）：1119―1125.

［7］石云杰、周如華、周建東.應(yīng)用AGCU Mini STR試劑盒進(jìn)行親子鑒定1例［J］.法醫(yī)學(xué)雜志，2010（2）：160.

［8］景晶晶、李潭.法醫(yī)學(xué)相關(guān)SNP的分類［J］.遼寧警專學(xué)報，2009（6）：61-63.

［9］高樹輝.淺談線粒體DNA分析在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國人民公安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004（4）：53-55.

［10］BataiUe M，Crainic K，Leterreux M，et a1.Multiplex amplification of mitoehondrial DNA for human and species idenfification in forensic evaluation ［J］.Forensic Sci hat，1999，99（3）：165-170.

（責(zé)任編輯：一凡）

D919

A

1674-3040（2013）02-0048-03

2013-02-25

王懷鋒，浙江警察學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)實驗中心副主任；童奇，浙江省安吉縣公安局刑事偵查大隊法醫(yī)室民警；蘇立堅，浙江省平陽縣公安局刑事偵查大隊法醫(yī)室民警。

*本文系浙江省公安廳重大科研項目 “ISSR指紋技術(shù)用于生物檢材同一認(rèn)定/排除研究”（項目編號：20100203）之階段性成果。