Y-STR數(shù)據(jù)庫和遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖在強奸案中的應(yīng)用1例

包若瑜 ，杜盼新 ，石美森 ，姜德志 ，姜曜恒 ，李輝 ，5

（1.復旦大學生命科學學院現(xiàn)代人類學教育部重點實驗室，上海 200438；2.復旦大學上海市公安局人類生物學與法醫(yī)現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)聯(lián)合實驗室，上海 200438；3.中國政法大學刑事司法學院偵查學研究所，北京 100088；4.青島市公安局刑警支隊，山東 青島 266001；5.復旦大學大同市中華民族尋根工程研究院，山西 大同 037006）

1 案 例

1.1 簡要案情

趙某，女，72歲，某市西馬村村民，報案稱，當日11：00遭翻墻入室者強奸，且?guī)滋烨耙苍獾揭淮螐娂椤８鶕?jù)受害人描述和現(xiàn)場偵查情況，兩次強奸案的犯罪嫌疑人應(yīng)為同一人。經(jīng)過對案發(fā)現(xiàn)場的搜索，發(fā)現(xiàn)了犯罪嫌疑人留下的口罩（樣本編號為KZ）。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取和Y-STR擴增

采用MagAttract M48 DNA Manual試劑盒（德國QIAGEN公司）對涉案生物檢材（樣本KZ）進行基因組DNA抽提。采用SureID? PathFinder Plus擴增熒光檢測試劑盒（寧波海爾施基因科技有限公司）對檢材進行擴增，擴增產(chǎn)物用3500xL基因分析儀（美國Applied Biosystems公司）進行基因分型，運行Gene-Mapper?IDv3.2軟件（美國Thermo Fisher Scientific公司）分析實驗結(jié)果，獲得34個Y-STR基因座的分型數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)庫檢索和Y染色體單倍群推測

依據(jù)當?shù)毓矓?shù)據(jù)庫中樣本，即西馬村共計30個樣本（編號為XM1～XM30）和東馬村共計60個樣本（編號為DM1～DM60），以及該涉案生物檢材（編號為KZ）的Y-STR數(shù)據(jù)，基于貝葉斯等位基因頻率法，結(jié)合復旦大學生命科學學院現(xiàn)代人類學教育部重點實驗室中約含20萬份東亞男性Y-STR和Y-SNP信息的遺傳數(shù)據(jù)庫[1-2]，可推測并統(tǒng)計公安數(shù)據(jù)庫中樣本和涉案生物檢材的Y染色體單倍群歸屬?；诖?，可先在公安數(shù)據(jù)庫中剔除與涉案生物檢材Y染色體單倍群不一致的樣本。

1.2.3 遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)建

為了更直觀地明確該檢材與案發(fā)當?shù)毓矓?shù)據(jù)庫中其他樣本的遺傳關(guān)系，我們使用NETWORK 5.0.1.0（https://fluxus-engineering.com）的Reduced media-joining[3]法，對涉案生物檢材數(shù)據(jù)和公安數(shù)據(jù)庫中單倍群一致的數(shù)據(jù)構(gòu)建遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)圖時，需綜合YHRD數(shù)據(jù)庫（https://yhrd.org/）[4]和文獻[5]的位點突變速率，對34個Y-STR位點的權(quán)重進行調(diào)整。

1.2.4 利用Y染色體進行家系排查

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖，選出數(shù)據(jù)庫中離該檢材遺傳距離為0或者最小的樣本，并以其為中心對整個家族進行詳細排查。從遺傳差異最小的分支開始并逐漸擴大，對該家族中存在作案機會的男子進行采樣及常染色體STR檢測。

1.3 結(jié)果

1.3.1 確認家系

由于案發(fā)地居民以馬姓為主且流動人口較少，居住人群的遺傳關(guān)系相對穩(wěn)定[6]，故可利用涉案生物檢材的Y-STR數(shù)據(jù)，在當?shù)毓睤NA數(shù)據(jù)庫中篩查其相同或相近的樣本，確定其最近的父系親屬。

對當?shù)毓矓?shù)據(jù)庫中的樣本（西馬村30人、東馬村60人）進行Y染色體單倍群推測和統(tǒng)計，共發(fā)現(xiàn)6種單倍型，其中西馬村的樣本分為Q1a1、O3a1c*、O1a1*、C3*和 O3a2c1*，東馬村的樣本分為 Q1a1、O3a2c1*和O3a1c1，且Q1a1的比例高達85.6%。通過計算，西馬村和東馬村的單倍型多樣性（haplotype diversity，HD）[7]分別為0.457和0.158，可見該地男性群體的Y染色體單倍群多樣性較低。需要特別指出的是，在本次分析中涉及的單倍群為Q1a1的樣本個體均為馬姓。同時，通過涉案生物檢材的34個YSTR數(shù)據(jù)，推斷其Y染色體單倍群為Q1a1。

表1 東馬村和西馬村Y染色體單倍群分類人數(shù)統(tǒng)計Tab.1 The number of Y chromosome haplotypes in Dongma Village and Xima Village （人）

根據(jù)單倍群Q1a1（共計78人）的遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖（圖1），離檢材（KZ）遺傳關(guān)系最為接近的樣本為XM4（西馬村一馬姓男性個體）。比較XM4和該檢材的34個Y-STR數(shù)據(jù)，只在DYS576這一基因座上存在突變。根據(jù)以上結(jié)果，基本可以推測犯罪嫌疑人屬于西馬村的馬姓家族。

圖1 單倍群Q1a1的遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖Fig.1 Genetic network of haploid group Q1a1

1.3.2 確認犯罪嫌疑人的最近父系親屬

由于突變存在隨機性，因此無法用DYS576這一位點的平均突變速率來推算涉案生物檢材和XM4這兩個個體的相隔代數(shù)。根據(jù)國際YHRD數(shù)據(jù)庫[4]和文獻[5]，34個基因座的總體突變率為0.167，即理論上平均5.988次遺傳會發(fā)生一次突變。另外，由于親兄弟之間的Y染色體存在2次遺傳，在這34個Y-STR體系中，理論上平均3代會有一個基因座發(fā)生突變。由于XM4是數(shù)據(jù)庫中與犯罪嫌疑人父系親緣關(guān)系最為接近的人，故后續(xù)工作可以XM4為中心，對其男性親屬進行家族梳理，家譜編排，并由近及遠地進行相應(yīng)的排查工作，從而進一步鎖定犯罪嫌疑人。

該案破獲后，犯罪嫌疑人為西馬村一馬姓男子，與推測結(jié)果相符。根據(jù)族譜，該犯罪嫌疑人與XM4相隔13代。

2 討 論

近30年來，我國法醫(yī)DNA技術(shù)有了長足發(fā)展，截至2016年，全國公安機關(guān)DNA數(shù)據(jù)庫總量達到4400萬條[8]。公安機關(guān)DNA數(shù)據(jù)庫已成為公安機關(guān)打擊刑事犯罪、維護社會穩(wěn)定的一項非常重要的常規(guī)技術(shù)手段，而Y染色體憑借其父系遺傳的特點，在公安數(shù)據(jù)庫中具有不可替代的地位。特別是在混合斑中的男性成分檢驗[9]、父子二聯(lián)體親權(quán)鑒定[10]等方面，Y-STR檢測有著獨特的優(yōu)勢。但是，Y-STR也具有局限性，即分型結(jié)果不具有個體唯一性且無法直觀地展示出家族中各成員的遺傳關(guān)系。

本文以一強奸案為例，旨在探索利用Y-STR數(shù)據(jù)庫和犯罪現(xiàn)場的DNA證據(jù)，借助遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖這一輔助手段，確定犯罪嫌疑人的最近父系親屬，縮小警方偵查范圍，為快速、精準破案提供有效線索，同時也為Y-STR檢測的局限性提供一個潛在的解決方案。

為了突破第一個局限，即來自同一父系的男性的Y-STR數(shù)據(jù)可能一致，一般會采用加測常染色體STR[11]的方法。對于第二個局限，1.2節(jié)中已提出了解決方法，即先利用Y-STR推測單倍群類型并排除無關(guān)樣本，再使用NETWORK 5.0.1.0繪制遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖以明確犯罪嫌疑人和數(shù)據(jù)庫中樣本的遺傳關(guān)系，最后結(jié)合該分析結(jié)果、實際案情情況和家譜進行小規(guī)模地精準排查。需要特別指出的是，相比加測YSNP實驗，利用Y-STR推測單倍群類型的方法更為經(jīng)濟有效，且已在此前的多次研究中得到驗證[1-2]。而在使用NETWORK 5.0.1.0這一軟件時，只需調(diào)整好各位點的權(quán)重并導入相關(guān)數(shù)據(jù)，即可將Y-STR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖，整個過程省時省力。鑒于中國的家族文化和歷史，Y染色體與男性的家族、姓氏[12-13]息息相關(guān)，基于Y-STR的遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖可以直接定位到犯罪嫌疑人所在家族并找到數(shù)據(jù)庫中與其父系親緣關(guān)系最為接近的人，使公安偵查不再拘泥于常染色體STR一對一的傳統(tǒng)比對方法，可以極大地縮短破案時間。隨著公安機關(guān)Y染色體DNA數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，遺傳關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖作為破案的輔助手段，在法醫(yī)學上會顯示出越來越重要的應(yīng)用價值。