復雜親緣關系鑒定的研究進展

（中國刑事警察學院，遼寧 沈陽 110854）

親緣關系鑒定是指通過檢測各種遺傳標記的分型，根據(jù)遺傳定律證明被鑒定人之間是否存在某種特定親緣關系的鑒定[1]。親緣關系鑒定普遍應用于訴訟、仲裁、公證、尋親、繼承、移民以及各類事故處理等領域，在保障司法公平公正和維護社會長治久安中具有重要價值[2]。近年來，隨著法醫(yī)物證學的不斷發(fā)展，親緣關系鑒定的檢測范圍從常規(guī)的父子（女）或母子（女）關系鑒定擴大到祖孫、叔侄、同胞及半同胞等復雜親緣關系鑒定。復雜親緣關系鑒定是指由于父或（和）母亡故，或因為其他原因不能參與檢驗（父母均不參與鑒定），為了民事或刑事案件中的個體識別等而進行的特殊親緣關系鑒定[3]。這種親緣關系鑒定案件由于重要被鑒定人的缺失，需要隔代、同胞或旁系親屬參加檢驗。復雜親緣關系鑒定應用普遍，鑒定訴求逐年增加，然而，現(xiàn)有的復雜親緣關系鑒定技術和方法并不能很好地滿足實際工作需要，很多方面有待提高。

1 復雜親緣關系的主要類型

1.1 祖孫關系

祖孫關系又稱隔代關系，是指（外）祖父母與（外）孫子、（外）孫女之間的關系。

1.2 叔侄關系

廣義的叔侄關系包括叔（姑）-侄子（女）、舅（姨）-外甥（女）等之間的關系[4]。

1.3 全同胞及半同胞關系

全同胞關系是指同父母所生的子女之間的關系；半同胞關系是指由同父異母或異父同母所生的子女之間的關系。

1.4 第一代堂（表）兄弟姐妹、第二代堂（表）兄弟姐妹關系

第一代堂（表）兄弟姐妹關系是指全同胞的子女之間的關系，第二代堂（表）兄弟姐妹是指全同胞的孫子、孫女、外孫子和外孫女之間的關系。

2 復雜親緣關系鑒定檢測的主要遺傳標記及其優(yōu)缺點

目前，復雜親緣關系鑒定檢測的遺傳標記主要是常染色體短串聯(lián)重復（short tandem repeat，STR），X染色體STR（X-STR）、Y染色體STR（Y-STR）、單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）、人類白細胞抗原（human leucocyte antigen，HLA）基因分型等。

2.1 常染色體STR

常染色體STR在人類基因組中約占5%，其中50%左右具有遺傳多態(tài)性，主要分布在非編碼區(qū)[5]。STR分型具有靈敏度高、鑒別能力強、種屬特異性高、結果準確度高、檢測容易等優(yōu)點。20世紀90年代初，STR首次應用于人類親緣關系鑒定并沿用至今，是親緣關系鑒定中使用最普遍的遺傳標記，在親緣關系鑒定中具有重要價值[6]。與性染色體相比，常染色體中應用的STR位點數(shù)量龐大，聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）聯(lián)合STR技術能夠提供大量等位基因信息[7]，常染色體STR適用于大部分復雜親緣關系鑒定案件。雖然常染色體STR在法醫(yī)學DNA分析中得到了普遍的應用，但仍存在一些局限性，主要原因是在一些復雜親緣關系鑒定中還是不能得出排除或者認定的結論，此時需要聯(lián)合使用其他類型的遺傳標記，得出相對準確的結論[6-7]。而且STR的突變率相對較高，STR也不適用于降解嚴重的DNA檢材[6-7]。

2.2 X-STR

X-STR是位于X染色體上的STR，表現(xiàn)為特有的性連鎖特征，有時X-STR能夠提供比常染色體STR更多重要的信息。在某些特殊的親緣關系鑒定中，如祖母-孫女親緣關系鑒定，X-STR的使用特別重要，因為其排除或認定能力高于具有相同基因多樣性的常染色體STR[8]。在某些復雜親緣關系鑒定中，如果來自常染色體STR的信息不足以得出結論，可以增加分析X-STR位點提高準確率。由于X染色體會受到被鑒定人的性別限制，和常染色體STR相比使用較少，X-STR主要作為輔助指標。

2.3 Y-STR

Y-STR是位于Y染色體上的STR，呈父系遺傳特征，適用于男性參與的復雜親緣關系鑒定[9]。Y染色體為男性所特有，同一父系的男性Y染色體具有相同的父系祖先，如果排除突變，同一父系的Y-STR分型應該完全相同，因此可以幫助高效地排除全是男性參加的復雜親緣關系鑒定。

2.4 SNP

SNP是一種DNA序列多態(tài)性，由基因組某一特定部位的單個核苷酸發(fā)生突變而引起。SNP存在普遍，且大多為二等位基因，易于分型和計算基因頻率。與STR相比，SNP遺傳標記突變率低，平均突變率約10-9～10-7，具有高穩(wěn)定性，因此SNP非常適合親緣關系鑒定[10]；SNP基因座片段更短，分析降解DNA能力更強。但由于SNP的二等位基因性質，多態(tài)性程度大大降低，需要更多的SNP遺傳標記，方能獲得與多等位基因STR標記相應的識別率。如果在某些復雜親緣關系鑒定中，常染色體STR的信息不足以得出結論，可以增加分析更多的SNP位點，幫助計算復雜親緣關系。有研究[11]結果表明，作為親緣關系鑒定STR分型的補充，SNP的分析至少會增加4倍的父權指數(shù)（paternity index，PI），將來可能取代STR在法醫(yī)物證學中的應用。

2.5 HLA基因分型

HLA顯性遺傳多態(tài)性系統(tǒng)，在人類基因組所有堿基序列中所占的比例相對較小，僅占0.12%，具有共顯性、單倍型、高度多態(tài)性和連鎖不平衡的遺傳特點，由于其高度多態(tài)性，在20世紀80年代至90年代的親緣關系鑒定中作為重要的遺傳標記得到了普遍應用[12]。但是，HLA基因分型困難，隨著其他新興技術的出現(xiàn)，各國學者將注意力轉移到其他遺傳標記上，HLA基因分型在法醫(yī)學應用中發(fā)展緩慢。近年來，大規(guī)模并行測序（massive parallel sequencing，MPS）的引入徹底改變了HLA分型方法[13]?；贛PS的HLA基因分型在法醫(yī)學領域的應用可能有助于HLA遺傳標記在法醫(yī)學應用中的發(fā)展。TruSight HLA實驗證明，該方法具有高準確率、低模糊率、低成本等優(yōu)點[14]。雖然目前HLA基因分型并沒有應用于復雜親緣關系鑒定中，但在將來基于MPS的HLA基因分型會成為使用STR遺傳標記解決復雜親緣關系鑒定的有力補充[15]。

3 復雜親緣關系鑒定的計算方法

目前，常規(guī)親子關系鑒定主要采用的方法是計算PI，PI是假設父親（alleged father，AF）是孩子生物學父親的概率（X）和隨機男子是孩子生物學父親的概率（Y）的比值，n個PI相乘則為累積父權指數(shù)（combined paternity index，CPI）[5]。當 CPI＜0.000 1 時，支持AF不是孩子生物學父親的假設[5]；當CPI＞10 000時，支持AF是孩子生物學父親的假設。但對于復雜親緣關系的計算需要應用下面介紹的方法。

3.1 常染色體血緣一致性法

血緣一致性（identity by descent，IBD）法是依據(jù)孟德爾遺傳定律，同一家系中各成員的遺傳物質起源于相同祖先，各成員間會有一定的親緣關系，若某兩個相同的等位基因是來自同一祖先，就稱這兩個等位基因的關系為血緣同一[16]。LI等[17]最早利用IBD法結合數(shù)學矩陣得到二聯(lián)體親緣關系的計算方法，BRENNER[18]對該方法進行了簡化。計算方法如下：設血緣機會大小為R1，隨機兩個體血緣關系大小為R0，則

式中，CI、CT、CO是指兩個體間有2個、1個或者沒有同源基因的概率（CI+CT+CO=1）。I、T、O分別表示在CI、CT、CO條件下，被鑒定人之間有相同基因型的概率。根據(jù)孟德爾遺傳定律，祖孫的常染色體間不可能有兩個同源基因，祖孫CI=0，祖孫CO=CT=1/2，則

根據(jù)此公式可以計算出祖孫各種基因型下的R1值，最后通過計算似然率（likelihood rate，LR）（R1/R0）得出祖孫二聯(lián)體親緣關系。同理，叔侄的常染色體間不可能有兩個同源基因，叔侄CI=0，叔侄CO=CT=1/2，則

全同胞CO=1/4，CT=1/2，CI=1/4，則

半同胞CI=0，CO=CT=1/2，則

第一代堂（表）兄弟姐妹CO=3/4，CT=1/4，CI=0，則

第二代堂（表）兄弟姐妹CO=15/16，CT=1/16，CI=0，則

TZENG等[19]研究126個真實同胞對中的15個常染色體STR基因座，計算同胞指數(shù)（sibling index，SI）、累積同胞指數(shù)（cumulative sibling index，CSI）中位數(shù)為5 579.98的情況下同胞認定率達96%。PU等[20]根據(jù)IBD法用AmpF?STR? Identifiler? PCR擴增試劑盒（美國Thermo Fisher Scientific公司）研究3個群體357 630個全同胞對和178 815個非同胞對的15個STR基因座，計算CSI，得出中國人群體的靈敏度和特異性分別是98.500%和98.125%，高加索人群的靈敏度和特異性分別是98.392%和98.410%，非裔美國人群體的靈敏度和特異性分別是98.660%和98.585%，陽性預測率和陰性預測率均超過98%。PU等[21]研究了3個群體355 620個半同胞對和178 815個非同胞對的15個STR基因座，計算累積半同胞指數(shù)（halfsib index，HSI），中國人群的靈敏度和特異性分別是87.98%和86.76%，高加索人群的靈敏度和特異性分別是87.14%和87.78%，非裔美國人群的靈敏度和特異性分別是88.27%和88.67%。陸惠玲等[22]使用Power-Plex?16系統(tǒng)（美國Promega公司）擴增500對全同胞、50對半同胞及500對無關個體的15個STR基因座，采用IBD法分別計算全同胞指數(shù)（full sibling index，F(xiàn)SI）、半同胞指數(shù)（half sibling index，HSI），以FSI≥19、FSI＜1，HSI≥19、HSI＜1，F(xiàn)SI∶HSI≥1、FSI∶HSI＜1作為判別標準，準確率分別為96.4%、85.3%、87.5%。

在親緣關系鑒定中，IBD法使用廣泛，適用于絕大多數(shù)的復雜親緣關系鑒定，IBD法考慮等位基因頻率，相較其他方法結果比較準確[23]。但計算公式及過程復雜，需要查詢種群等位基因頻率，若等位基因頻率未知，不能使用IBD法[24]。

3.2 X染色體IBD法

X染色體具有特殊的性連鎖特征，依據(jù)伴性遺傳定律，同一家系中各成員間會有一定的親緣關系，計算方法同常染色體IBD法（3.1節(jié)）。AQUINO等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在沒有AF的情況下，與15個常染色體STR相比，可以通過使用一組6～10個X-STR標記來更有效地研究假定的父子關系，這說明X染色體在復雜親緣關系鑒定中有很大的價值。X染色體IBD法是對常染色體IBD法的重要補充，但由于X染色體的伴性遺傳方式，不適用于所有類型的復雜親緣關系，如計算祖母-孫子的親緣關系不適用X染色體IBD法。X染色體除了補充常染色體信息，還可以判斷常染色體無法確定的親緣關系[26]。

3.3 親本基因型重建法

親本基因型重建（parental genotype reconstruction，PGR）法，是通過家系構建推斷親緣關系中缺失的關鍵個體基因型，再根據(jù)推斷后的基因型進行計算。家系構建是決定群落結構和遺傳參數(shù)估計的重要組成部分，對親緣關系的確定具有重要作用[27-28]。主要適用于以下2種情況。

3.3.1 祖孫親緣關系

適用于祖父、祖母都參加鑒定的狀況，通過推斷生父的可能基因，再計算祖父、祖母傳遞生父基因的概率（計算生父基因在祖父、祖母4個等位基因中所占比例），最后計算PI。徐春燕等[29]應用親本基因型重建法計算1例祖孫親緣關系，外祖父-外祖母-外孫子三聯(lián)體39個STR基因座累積LR值為592 957.971 9，外祖父-外孫子二聯(lián)體累積LR值為3.381 3，外祖母-孫子二聯(lián)體LR值為349.952 3?？梢钥闯?，PGR法得到的祖孫三聯(lián)體累積LR值要遠遠大于祖孫二聯(lián)體累積LR值。

3.3.2 全同胞、半同胞親緣關系

全同胞或者同父異母半同胞親緣關系鑒定中，可以根據(jù)確定的兄弟姐妹基因型推測出父親的基因型，然后計算出PI。LEE等[30]對兩個“參照”兄弟姐妹和一個所謂的“測試”兄弟姐妹進行親緣關系的研究。HUANG等[31]在此基礎上總結了各種同胞數(shù)據(jù)對應的9種PGR模式，并在確定相應的IBD值后，導出了同胞的LR公式。PGR法提供了一種更簡單、更普遍的方法來滿足在涉及不同數(shù)目的兄弟姐妹的情況下識別同胞身份的需要。楊雪等[32]分別應用PGR法和IBD法鑒定1例半同胞，PGR法分析后再根據(jù)IBD法計算可獲得較為可靠的鑒定意見，單獨使用IBD法計算半同胞指數(shù)則難以提供可靠的鑒定意見。根據(jù)PGR法計算同胞關系，在目前實驗室常規(guī)可獲得的檢測體系條件下提高了鑒定效能，尤其是半同胞關系的鑒定效能，具有很好的應用性[33]。

3.4 共有等位基因總數(shù)法

共有等位基因總數(shù)（total number of shared alleles，TNSA）法是計算兩個個體間的共有等位基因總數(shù)，從概率統(tǒng)計的角度看，同一家系各成員間擁有共有等位基因總數(shù)的傾向必然大于無關個體，可以計算兩個體間的共有等位基因總數(shù)判斷是否具有親緣關系。

3.4.1 叔侄親緣關系

章雅清等[34]使用PowerPlex?16系統(tǒng)擴增19對叔侄、119對無關個體的15個STR基因座，計算每對個體的共有等位基因總數(shù)（A），根據(jù)共有等位基因總數(shù)建立判別函數(shù)：

判別是否存在叔侄關系的平均準確率為80.7%。

3.4.2 同胞親緣關系

INOUE等[35]使用GlobalFilerTMPCR擴增試劑盒（美國Thermo Fisher Scientific公司）擴增10 000對全同胞和10000對無關個體的21個STR基因座，計算每個STR基因座的共有等位基因數(shù)目總數(shù)，發(fā)現(xiàn)TNSA≥24僅存在于全同胞中，而不存在于無關個體對中。王靜等[36]使用 AmpF?STRTMProfilerTMPlus（美國 Thermo Fisher Scientific公司）及AmpF?STRTMCofilerTM試劑盒（美國Thermo Fisher Scientific公司）擴增556例同胞對和251例無關個體對的13個常染色體基因座，計算每個STR基因座共有等位基因總數(shù)，用SAS統(tǒng)計學軟件對兩組數(shù)據(jù)進行Bayes判別分析，得出：

平均錯判率為2.65%。趙書民等[37]使用AmpF?STRTMIdentifilerTMPlus PCR擴增試劑盒（美國Thermo Fisher Scientific公司）擴增280對全同胞及2003對無關個體的15個STR基因座，對15個STR基因座的共有等位基因總數(shù)（S15）進行統(tǒng)計，結果表明，共有等位基因總數(shù)≥15且全相同基因座數(shù)≥3時可以作為判定全同胞的參考值，應用SAS 8.2軟件包得出Fisher判別函數(shù)：

平均錯判率為2.98%。袁麗等[38]使用Goldeneye?DNA身份鑒定系統(tǒng)20A［基點認知技術（北京）有限公司］擴增344對全同胞和兩兩隨機組合的3 693對無關個體的19、21和39個常染色體STR基因座，統(tǒng)計共有等位基因總數(shù)，應用SPSS 19.0軟件包得出Fisher判別函數(shù)：

平均錯判率分別為2.060%、1.705%和0.570%。

TNSA法很容易通過每個位點中個體對的共有等位基因總數(shù)（0、1或2）進行計算[39]。TNSA法有3個優(yōu)點：（1）不需要復雜計算；（2）結果容易計數(shù)；（3）結果直觀易懂。然而根據(jù)IBD法計算出的LR，確定復雜親緣關系是最可靠的[35]。

3.5 全不同等位基因數(shù)目法

在實際案件中，樣本成百上千，即便逐一統(tǒng)計共有等位基因總數(shù)也比較繁瑣，并且基因座越多越困難。黃書琴等[40]根據(jù)53對確證叔侄關系的樣本，在23～27個Y-STR等位基因一致的條件下，若檢測AmpF?STRTMIdentifilerTMPlus PCR擴增試劑盒15個常染色體STR基因座其全不同等位基因數(shù)目≤4或檢測PowerPlex?21系統(tǒng)20個常染色體基因座時全不同等位基因≤5，則說明兩者可能存在叔侄關系，靈敏度分別為84.9%和77.4%。全不同基因座的數(shù)目法判斷親緣關系簡單、操作容易、速度快，適合基層法醫(yī)分析實際案件[40]。

3.6 狀態(tài)一致性法

狀態(tài)一致性（identity-by-state，IBS）法，最早是CHAKRABORTY等[41]提出用于推斷高加索人的STR基因座成對關系。EHM等[42]在此基礎上設S1和S2各代表有n個標記的基因型個體，當S1和S2在位點i處有2個相同等位基因，設Xi=1；當S1和S2在位點i處有1個相同等位基因，設Xi=1/2；當S1和S2在位點i處有0個相同等位基因，設Xi=0，最后計算Xi的總和。

IBS法適用于全同胞親緣關系鑒定。GE等[43]根據(jù)高加索人群13個組合DNA索引系統(tǒng)（combined DNA index system，CODIS）的STR基因座得出，當全同胞對的IBS≥17時，可以判斷絕大多數(shù)的全同胞。TAMURA等[44]使用AmpF?STRTMIdentifilerTMPlus PCR擴增試劑盒擴增10 000對全同胞和無關個體的15個STR，發(fā)現(xiàn)全同胞對和無關個體對1次等位基因共享的發(fā)生率沒有顯著差異，CSI值的大小主要由0個和2個等位基因共享的數(shù)量決定，IBS法判斷全同胞準確率為96.8%，正確拒絕無關個體概率為98.8%。IBS法在國內應用普遍，中華人民共和國司法部司法鑒定管理局在2014年出臺的《生物學全同胞關系鑒定實施規(guī)范》（SF/Z JD0105002—2014）[45]所采用的方法就是IBS法。李佳玨等[46]使用PowerPlex?21系統(tǒng)擴增234對全同胞和200對無關個體中的19個常染色體STR基因座，計算IBS值，全同胞認定率為82.91%，有17.09%的樣本無法給出傾向性意見。王曉丹等[47]隨機選擇了1000萬對全同胞和無關個體樣本，使用IBS法鑒定全同胞關系，在19、29、39個常染色體STR檢測系統(tǒng)上，假陽性率和假陰性率分別為0.016%和0.014%、0.024%和0.00023%、0.029%和0。

IBS法應用到實際復雜親緣關系鑒定案件中具有快速、簡便、易于判斷的優(yōu)點，可以直接、快速地給出鑒定意見，但應用面窄，檢出率低于IBD法[48]。

3.7 第5等位基因排除法

第5等位基因排除法適用于全同胞親緣關系的鑒定。BOEHNKE等[49]提出，根據(jù)孟德爾遺傳定律，3個及以上全同胞在同一個位點不可能出現(xiàn)5個及以上的等位基因，可以排除不明確的全同胞親緣關系。張更謙等[50]使用Goldeneye?DNA身份鑒定系統(tǒng)20A擴增13組2個全同胞個體-1個待檢個體和5組3個全同胞個體-1個待檢個體中19個STR基因座，并與100個無關個體進行比對，用19個STR基因座檢測13組二聯(lián)體全同胞與100個無關個體的排除率為47.77%，5組三聯(lián)體全同胞與100個無關個體的排除率為88.00%。該方法簡單明了，主要根據(jù)等位基因分型進行推算，而不使用等位基因頻率信息。

3.8 叔侄指數(shù)定律

叔侄指數(shù)（avuncular index，AI）定律，是一種專用于計算叔侄親緣關系的計算方法。AI指當被鑒定人是假設父親（alleged father，AF）兄弟姐妹時，被鑒定人與孩子之間存在叔侄關系的可能性與被鑒定人與孩子無任何親緣關系可能性的比值。根據(jù)遺傳定律，

AI定律計算叔侄親緣關系與IBD法計算叔侄親緣關系的結果完全一致[52]。

4 不足與展望

隨著DNA檢驗技術在法醫(yī)遺傳學中的應用，復雜親緣關系鑒定技術得到了很好的發(fā)展，普遍應用于各類案件。然而，現(xiàn)在的復雜親緣關系鑒定仍然存在許多不足之處：（1）檢測的遺傳標記較多。對于復雜親緣關系鑒定，有時候檢測常規(guī)親緣關系所用的遺傳標記并不能得出排除或者認定的意見，就需要添加更多的遺傳標記，費時費力費錢。（2）計算方法相對復雜。以上國內外學者提供的各種計算方法大多步驟較多，計算過程容易出錯。（3）準確率不夠高。相比于常規(guī)親緣關系鑒定，復雜親緣關系鑒定的準確率要低得多，得出錯誤意見的可能性較大。（4）研究范圍較窄。目前國內復雜親緣關系鑒定研究的樣本都是以漢族人為主，沒有考慮其他民族的適用性，不具有普遍性。針對以上不足，在未來的工作中，法醫(yī)物證學科研工作者應該：（1）探索更多新的認定或排除能力強的遺傳標記，以期減少需要檢測的遺傳標記的數(shù)量并提高結果的準確率；（2）簡化復雜親緣關系鑒定計算方法，改進計算過程；（3）區(qū)分隨機2人是否具有復雜親緣關系，可以推斷現(xiàn)場嫌疑人遺留DNA與數(shù)據(jù)庫內的DNA樣本是否可能存在復雜親緣關系，從而推斷嫌疑人的家族，為抓捕嫌疑人提供重要信息，該方法可用于大規(guī)模排查，減少刑偵人員工作量；（4）研究其他民族的復雜親緣關系家系樣本，檢驗各種復雜親緣關系的計算方法應用于其他民族的適用性，探索適用于其他民族復雜親緣關系鑒定的計算方法。