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亲权鉴定常用STR试剂盒检测效果比较

更新时间:2019-12-17 来源:中国优生与遗传杂志 编辑:许泽辉

  法医DNA分析, 是应用现代DNA技术分析DNA遗传标记在群体中的分布与传递规律, 确定分析样品的一致性与遗传关系, 为侦查破案和司法审判提供证据的一门科学技术。短串联重复序列 (short tandem repeats, STR) 是一种高度多态性和可遗传性的遗传标记, 通常由2-6bp的核心序列串联重复而成, 广泛存在于人类的基因组中。常染色体STR基因座是目前亲权鉴定实验室中运用最广泛的遗传标记, 性染色体STR基因座以其独特的遗传特点在亲权鉴定中具有重要的运用价值。目前已经开发了很多用于法医DNA分析的商业化STR检测试剂盒。极大推动了侦查破案和司法审判的科学应用。

  1、法医DNA分析的发展及应用

  早在1985年, 英国遗传学家Alec Jeffreys就建立了DNA指纹技术, 并用它成功地进行第一起移民案涉及的亲子鉴定, 开辟了法医物证DNA分析的先河, 在个体同一认定和亲子鉴定上, 实现了从否定、排除到认定的质的飞跃, 使生物物证鉴定进入了新的纪元, 为刑事侦查、司法审判提供了有力的证据。

  DNA指纹技术问世后受到了各国司法、警察和法庭科学界的高度重视, 各国广泛研究和采用DNA技术进行办案。欧洲各国初期广泛采用的主要是DNA纹印系统, 北美除DNA纹印系统外, 开发和应用了HLA DQα和Polymarker等系统。

  新的短串联重复序列基因座扩大了欧洲和美国用于人类鉴定的核心遗传标记。快速脱氧核糖核酸测试正处于启用新应用程序的边缘。新一代测序有可能为STR等位基因的信息提供更大的覆盖深度。家族DNA搜索扩大了DNA数据库在世界许多地方的功能。

  现在世界各国广泛使用的是复合STR系统, 并进行DNA的直接测序分析 (主要用于mtDNA) .也有报道有研究使用微流体系统进行的法医DNA分析[2].美国在加强法医科学和法医DNA国际标准的举措。

  我国于1986年开始法医DNA分析技术应用研究, 1988年有研究成果报道, 1989年正式应用于实际案件鉴定。研究和应用的法医DNA分析主要有DNA指纹 (3'HVR-α-珠蛋白探针, Myo探针等) 、小卫星 (VNTR) 扩增片段长度多态性 (D1S80, APOB等) 、微卫星 (STR-PCR) 复合扩增、数字编码小卫星系统、线粒体DNA测序、DNA的性别鉴定等等。现在广泛使用的是复合STR系统和DNA的直接测序分析。

  2、STR在亲权鉴定上的应用

  短串联重复序列 (STR) 是一种高度多态性和可遗传性的遗传标记, 通常由2-6bp的核心序列串联重复而成, 产生主要是DNA复制过程中滑动, 或复制和修复时滑动链与互补链碱基错配, 导致一个或几个重复单位的缺失或插入。广泛存在于人类的基因组中。STR遗传符合孟德尔遗传定律。

  STR主要位于非编码区, 每隔6-10kbp就出现一个, 其核心单位的数目变化和重复次数不同构成了其遗传多态性, 约有一半具有遗传多态性。根据其分布于染色体的不同, 分为常染色体STR基因座和性染色体STR基因座 (包括X-STR和YSTR) .常染色体STR基因座是目前亲权鉴定实验室中运用最广泛的遗传标记, 性染色体STR基因座以其独特的遗传特点在亲权鉴定中具有重要的运用价值, 常染色体STR基因座较早运用于亲权鉴定中。

  STR分型是目前世界通用的DNA指纹分析方法。STR检测手段非常简便, 可用PCR扩增、凝胶电泳分型和测序仪自动分型。传统的分型方法包括DNA提取、DNA定量、PCR扩增和对扩增后的STR片段进行检测和分析。STR-renigner这种用于短串联重复区域的重排方法也在逐渐使用。

  随着DNA技术的发展, STR已经广泛应用于法庭科学中各类涉及有细胞的物证案件, 包括个体识别、亲权鉴定、性别鉴定及尸源认定等。

STR试剂盒

  3、STR试剂盒的调查研究

  STR分型标准化是各国鉴定实验室一直共同努力的目标, STR目前的发展方向为实现STR分析检测的自动化、标准化, 及减少或消除人为因素的错判、误判。为实现这个目标, 已研究出了很多商业化STR检测试剂盒。

  常用的商业化STR检测试剂盒主要包括美国Thermo Fisher公司推出的Identifier、GlobalFiler以及针对中国人群设计的Sinofiler、华夏系列试剂盒等, 美国Promega公司研发的PowerPlex系列试剂盒;国产试剂盒常用的有基点认知技术 (北京) 有限公司推出的Goldeneye系列试剂盒, 公安部物证鉴定中心研制的Typer系列试剂盒, 以及无锡中德美联生物技术有限公司推出的AGCU系列试剂盒等。以下选取一些试剂盒详细介绍。

  由普洛麦格公司2012年推出的PowerPlex?21System除包括CODIS推荐的13个核心基因座外, 还增加了D1S1656、D6S1043、Penta E、D2S1338、Penta D、D12S391和D19S433这7个基因座。陈玲等, 在“PowerPlex21系统在亲子鉴定中的应用评估”中, 报道了对于认定亲子关系的案件, PowerPlex21检测三联体的CPI值均大于10 000, 检测二联体CPI小于10 000的案例百分比低于其他检测系统。这表明PowerPlex21可更好地满足亲子鉴定的要求。

  对于排除亲子关系的案件, PowerPlex21系统在Penta E基因座的排除概率最高, 在TPOX基因座的排除概率最低, 这与统计得到的PE值一致。PowerPlex2系统认定的1439例亲子鉴定中, 有15个STR基因座检出突变, 突变率较高的基因座是D12S391、Penta E、D18S51、vWA、FGA.GoldeneyeTM DNA身份鉴定系统22NC包含20个非CODIS基因座和1个CODIS基因座D3S1358, 引起了法医学者的关注。

  林源等, 在“Goldeneye~ (TM) DNA身份鉴定系统22NC试剂盒的法医遗传学调查”中, 报道了这21个STR基因座在华东汉族人群中具有良好的多态信息, 可以作为补充的STR基因座为一些常用STR基因座不能解决的亲权鉴定案件, 例如全同胞, 提供更多的遗传信息。AGCU Mini系统是采用MiniSTR技术开发的扩增试剂盒, 包含Amelogenin和D19S253、Penta D、Penta E、D2S1338、D19S433、CSF1PO、D12S391、D6S1043等8个STR基因座。

  苏艳佳等, 在“AGCU Mini系统在法医学中的应用”中, 报道了AGCU Mini系统采用MiniSTR技术, 通过对引物序列的改进, 减短了扩增产物长度, 有利于对降解微量DNA的分型检验。但由于扩增产物片段短, 等位基因片段长度范围相互重叠的几率比STR高, 因此复合扩增的基因座数目有限, 和商品化STR试剂盒相比较, 要想达到同样的个人识别力, 必须增加基因座数目。

  华夏TM白金PCR扩增试剂盒是美国Thermo Fisher公司推出的针对中国汉族人群设计的可免提取扩增的新一代六色荧光STR检测试剂盒, 共包含25个基因座, 其中涵盖了美国联邦调查局 (Federal Bureau of Investigation, FBI) 于2017年1月1日强制要求的CODIS全部核心基因座, 同时包含了我国公安部国家DNA数据库常见的21个基因座。

  华夏TM白金PCR扩增试剂盒中的23个常染色体STR基因座在中国汉族人群中具有高度遗传多态性, 具有比较高的亲权鉴定能力和个体识别能力。并且该系统具有很好的均衡性和抗抑制能力, 扩增速度快, 直接扩增方法对滤纸血卡有效。

  郭微等, 在“华夏白金系统用于血斑直扩检验效果的评价”中报道了, 25个基因座具有较高的个体识别力, 以及较快的扩增速度, 适合应用于DNA数据库检测。该系统已经广泛应用于我国的亲子鉴定和个体识别, 有较多的研究人员用此来研究各地人群的遗传参数。

  张洁与冯冬亮, 在“广东江门地区汉族人群23个STR基因座遗传多态性”中, 报道了475个江门无关个体血样, 使用Huaxia TM Platinum PCR试剂盒进行复核扩增后, 除2个性染色体基因座Amelogenin、Yindel外, 统计得其余23个常染色体基因座共检出267个等位基因, 经Hardy-Weinberg平衡检验, 未发现偏离。在此文研究的23个基因座中, 除D3S1358、CSF1PO、TPOX、TH01基因座外, 其它19个基因座均属于高个体识别能力、高多态信息量的高鉴力基因。

  根据实验结果, D3S1358、CSF1PO、TPOX、TH01这4个基因座的多态性相对不高。D6S1043、FGA、Penta E 3个基因座相较其它基因座来说多态性尤为高, D6S1043和Penta E基因座的多态性参数不相上下, 属于最高的2个, 证明这2个基因座在广东江门地区汉族人群中的多态性最高, 法医学应用价值最好。

  该复合扩增系统所含23个常染色体基因座对江门地区汉族人群的法医学个体识别、亲权鉴定及失踪人员的身源鉴定具有较高的应用价值。

  顾章鸿等, 在“陕西渭南地区汉族人群23个STR基因座遗传多态性”中, 报道了23个STR基因座除D10S1248、CSF1PO、D3S1358、TH01、TPOX 5个基因座外, 其余18个基因座均为高鉴别能力的基因座。其中Penta E基因座的各项参数最优。23个STR基因座联合应用具有高度的个体识别和亲权鉴定能力。

  He G等报道了中国西南地区汉族人群中23个等位基因的多态性和信息量较大, 可为中国汉族人群的应用提供有力的支撑。此外, 人口比较表明, 在不同行政区划中分布的汉族人群之间存在广泛的遗传相似性, 少数民族 (最主要的维吾尔族和哈萨克族) 与汉族之间存在遗传差异。

  Wang Z等, 报道了对来自中国3个主要民族 (汉族, 维吾尔族和藏族) 的402名无关个体进行基因分析。在所有4个种族中, 标记DXS10103和DXS10101之间存在显着的连锁不平衡, 测试的所有19个X-STR基因座都是高度多态的。西藏-维吾尔族成对比较中观察到最高的雷诺遗传距离。这项研究代表了关于中国人群中X-STR标记变异的广泛报道, 并对4个中国民族19个STR标记的多样性进行了综合分析.华夏白金系统具有较好的多态性, 能为国家DNA数据库的建立提高较好的帮助, 便于国际数据共享。

  STR作为新一代的遗传标记, 具有广泛的应用前景, 可应用于临床家系分析, 尤其在法医DNA分析上, 目前已经开发的很多用于法医DNA分析的商业化STR检测试剂盒, 极大推动了侦查破案和司法审判的科学应用。

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