生物学半同胞关系鉴定策略

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2023.530107

摘要/Abstract

摘要：

目的比较似然比（likelihood ratio，LR）法和状态一致性（identity by state，IBS）法在半同胞关系鉴定中的应用价值，为制定半同胞鉴定相关规范提供参考。方法（1）基于相同的遗传标记组合，比较实际案例与计算机模拟案例的累计状态一致性评分（cumulated identity by state score，CIBS）与累积全同胞关系指数分布，验证计算机模拟方法的可信度；（2）模拟获得全同胞、半同胞、无关个体对各100万对在不同数量的三种类型遗传标记上的分型，分别计算CIBS和相应类型的累积LR参数；（3）比较基于不同数据、不同种类的遗传标记、应用不同准确度标准区分上述三种关系个体对时，LR法和IBS法所能提供的最佳系统效能，以比较两种方法在上述鉴定中的应用价值；（4）根据已有模拟数据，以曲线拟合的方式估计应用不同类型遗传标记鉴别半同胞与另两种关系个体对所需的最低遗传标记数目。结果（1）经秩和检验，在真实关系和检验的遗传标记组合相同的前提下，模拟方法与实际案例所得结果差异无统计学意义；（2）多数情况下，在其他条件设置相同时，LR法的系统效能大于IBS法；（3）基于现有数据，可以通过曲线拟合的方式得到全-半同胞鉴定和半同胞鉴定在系统效能达到0.95或0.99时所需遗传标记的数目。结论在进行甄别全同胞对和半同胞对或甄别半同胞对和无关个体对的鉴定时，推荐优先使用LR法，并根据拟进行的鉴定类型和基于的人群数据估计所需遗传标记数目，以保证鉴定效果。

关键词: 法医遗传学, 同胞关系, 半同胞, 似然比, 状态一致性, 短串联重复序列, 单核苷酸多态性, 微单倍型

Abstract:

Objective To compare the application value of the likelihood ratio （LR） method and identity by state （IBS） method in the identification involving half sibling relationships， and to provide a reference for the setting of relevant standards for identification of half sibling relationship. Methods （1） Based on the same genetic marker combinations， the reliability of computer simulation method was verified by comparing the distributions of cumulated identity by state score （CIBS） and combined full sibling index in actual cases with the distributions in simulated cases. （2） In different numbers of three genetic marker combinations, the simulation of full sibling, half sibling and unrelated individual pairs, each 1 million pairs, was obtained; the CIBS, as well as the corresponding types of cumulative LR parameters， were calculated. （3） The application value of LR method was compared with that of IBS method， by comparing the best system efficiency provided by LR method and IBS method when genetic markers in different amounts and of different types and accuracy were applied to distinguish the above three relational individual pairs. （4） According to the existing simulation data， the minimum number of genetic markers required to distinguish half siblings from the other two relationships using different types of genetic markers was estimated by curve fitting. Results （1） After the rank sum test， under the premise that the real relationship and the genetic marker combination tested were the same， there was no significant difference between the simulation method and the results obtained in the actual case. （2） In most cases， under the same conditions， the system effectiveness obtained by LR method was greater than that by IBS method. （3） According to the existing data， the number of genetic markers required for full-half siblings and half sibling identification could be obtained by curve fitting when the system effectiveness reached 0.95 or 0.99. Conclusion When distinguishing half sibling from full sibling pairs or unrelated pairs， it is recommended to give preference to the LR method， and estimate the required number of markers according to the identification types and the population data， to ensure the identification effect.

Key words: forensic genetics, sibling relationship, half sibling, likelihood ratio, identity by state, short tandem repeats, single nucleotide polymorphism, microhaplotype

中图分类号:

谭政, 马冠车, 付丽红, 张晓静, 王茜, 付光平, 杜情情, 李淑瑾. 生物学半同胞关系鉴定策略[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 262-270.

Zheng TAN, Guan-ju MA, Li-hong FU, Xiao-jing ZHANG, Qian WANG, Guang-ping FU, Qing-qing DU, Shu-jin LI. Identification Strategy of Biological Half Sibling Relationship[J]. Journal of Forensic Medicine, 2023, 39(3): 262-270.

图/表 8

表1 系统效能评价参数计算说明

Tab. 1 Notes on the calculation method of parameters

实际关系	认定为较近关系	无明确意见	认定为较远关系	合计
合计	$N 3$	$N 4$	$N 5$	$N$
实际为较近关系	$a$	$b$	$c$	$N 1$
实际为较远关系	$d$	$e$	$f$	$N 2$

表1 系统效能评价参数计算说明

Tab. 1 Notes on the calculation method of parameters

实际关系	认定为较近关系	无明确意见	认定为较远关系	合计
合计	$N 3$	$N 4$	$N 5$	$N$
实际为较近关系	$a$	$b$	$c$	$N 1$
实际为较远关系	$d$	$e$	$f$	$N 2$

图1 180对实际案例与200万对模拟案例中CIBS和CFSI分布比较A：模拟案例基于19个STR计算所得CIBS；B：实际案例基于19个STR计算所得CIBS；C：模拟案例基于19个STR计算所得CFSI；D：实际案例基于19个STR计算所得CFSI；E：模拟案例基于29个STR计算所得；F：实际案例基于29个STR计算所得CIBS；G：模拟案例基于29个STR计算所得CFSI；H：实际案例基于29个STR计算所得CFSI；I：对模拟案例基于39个STR计算所得CIBS；J：实际案例基于39个STR计算所得CIBS；K：对模拟案例基于39个STR计算所得CFSI；L：实际案例基于39个STR计算所得CFSI。

Fig. 1 Comparison between result distributions based on 180 paires of real cases and two million paris of simulated cases

表2 不同条件下模拟案例与实际案例间秩和检验结果

Tab. 2 Results of rank sum test between simulated and actual cases under different conditions

参数	STR数量/个	关系	P值
CIBS	19	全同胞对	0.979 9
		无关个体对	0.805 5
	29	全同胞对	0.494 9
		无关个体对	0.281 0
	39	全同胞对	0.259 7
		无关个体对	0.505 8
CFSI	19	全同胞对	0.247 1
		无关个体对	0.752 5
	29	全同胞对	0.684 0
		无关个体对	0.508 5
	39	全同胞对	0.948 6
		无关个体对	0.465 8

图2 模拟计算CIBS和CLR结果举例A：三种关系个体对基于55个STR计算所得CIBS分布；B：三种关系个体对基于257个SNP计算所得CIBS分布；C：三种关系个体对基于191个MH计算所得CIBS分布；D：全同胞对和无关个体对基于三种遗传标记计算所得累积全同胞关系指数CFSI分布；E：全同胞对和半同胞对基于三种遗传标记计算所得累积全-半同胞似然比CLRFH分布；F：半同胞对和无关个体对基于三种遗传标记计算所得累积半同胞关系指数CHSI分布。

Fig. 2 Examples of CIBS and CLR results in simulations

图3 基于模拟数据的系统效能分布

Fig. 3 Distribution of system effectiveness based on simulated data

表3 不同遗传标记组合应用于半同胞参与的两种鉴定中的最大系统效能

Tab. 3 Maximum system effectiveness obtained in two kinds of identification involving half siblings applying different combinations of loci

遗传标记	IBS法（准确度>99.99%）		LR法（固定阈值）
遗传标记	FS vs. HS	HS vs. UR	FS vs. HS	HS vs. UR
55个STR	0.555 3	0.251 8	0.526 1	0.455 5
257个SNP	0.870 7	0.150 9	0.777 0	0.429 0
191个MH	0.988 0	0.664 8	0.954 9	0.841 9

表4 三种遗传标记应用于半同胞相关鉴定时必要数量的估计

Tab. 4 Estimation of minimum amount of three types of loci in identification involving half siblings

遗传标记	鉴定目的	拟合参数			所需最小数量
遗传标记	鉴定目的	$a$	$b$	$R 2$	系统效能≥0.95	系统效能≥0.99
STR	FS-HS	-0.055 2	2.467 9	0.986 8	99	128
STR	HS-UR	-0.052 2	2.502 9	0.994 5	105	137
SNP	FS-HS	-0.017 3	2.876 9	0.987 4	339	434
SNP	HS-UR	-0.012 4	2.881 6	0.988 1	471	602
MH	FS-HS	-0.029 3	2.568 0	0.994 6	190	245
MH	HS-UR	-0.022 4	2.591 2	0.983 0	248	321

表4 三种遗传标记应用于半同胞相关鉴定时必要数量的估计

Tab. 4 Estimation of minimum amount of three types of loci in identification involving half siblings

遗传标记	鉴定目的	拟合参数			所需最小数量
遗传标记	鉴定目的	$a$	$b$	$R 2$	系统效能≥0.95	系统效能≥0.99
STR	FS-HS	-0.055 2	2.467 9	0.986 8	99	128
STR	HS-UR	-0.052 2	2.502 9	0.994 5	105	137
SNP	FS-HS	-0.017 3	2.876 9	0.987 4	339	434
SNP	HS-UR	-0.012 4	2.881 6	0.988 1	471	602
MH	FS-HS	-0.029 3	2.568 0	0.994 6	190	245
MH	HS-UR	-0.022 4	2.591 2	0.983 0	248	321

图4 基于曲线拟合预测两种半同胞相关鉴定必要遗传标记数目图中粗细两条水平虚线分别表示0.99和0.95的系统效能。

Fig. 4 The necessary number of genetic markers in two types of identification involving half siblings predicted by curve fitting

参考文献 21

1	李梅，李诗莹，张倍倍，等. 复杂亲缘关系鉴定的研究进展[J].法医学杂志，2020，36（5）：691-698. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2020.05.016 .
	LI M， LI S Y， ZHANG B B， et al. Research progress on complex kinship analysis[J]. Fayixue Zazhi，2020，36（5）：691-698.
2	边英男，侯一平，张素华，等. 《复杂亲缘关系鉴定技术研究》课题研究进展[J].中国司法鉴定，2018（2）：64-65. doi：10.3969/j.issn.1671-2072.2018.02.009 .
	BIAN Y N， HOU Y P， ZHANG S H， et al. Research progress of the subject Research on Identification Technology of Complex Kinship [J]. Zhongguo Sifa Jianding，2018（2）：64-65.
3	中华人民共和国司法部司法鉴定管理局. 生物学全同胞关系鉴定实施规范： [S].2014.
	Judical Expertise Administration， Ministry of Justice of the People’s Republic of China. Implementation specifications for biological full sibship identification： [S]. 2014.
4	中华人民共和国司法部. 生物学全同胞关系鉴定技术规范： [S]. 2021.
	Ministry of Justice of the People’s Republic of China. Technical specification for identification of biological full sibling relationship： [S]. 2021.
5	林源，阙庭志，赵珍敏，等. Goldeneye^TM DNA身份鉴定系统22NC试剂盒的法医遗传学调查[J].法医学杂志，2015，31（4）：280-283. doi：10.3969/j.issn.1004-5619.2015.04.007 .
	LIN Y， QUE T Z， ZHAO Z M， et al. Forensic investigation of Goldeneye^TM DNA ID 22NC kit[J]. Fayixue Zazhi，2015，31（4）：280-283.
6	XIE B B， CHEN L， YANG Y R， et al. Genetic distribution of 39 STR loci in 1 027 unrelated Han individuals from northern China[J]. Forensic Sci Int Genet，2015，19：205-206. doi：10.1016/j.fsigen.2015. 07.019 .
7	SUN L J， SHI K， TAN L， et al. Analysis of genetic polymorphisms and mutations at 19 STR loci in Hebei Han population[J]. Forensic Sci Int Genet，2017，31：e50-e51. doi：10.1016/j.fsigen.2017.07.016 .
8	ZHU B F， ZHANG Y D， SHEN C M， et al. Developmental validation of the AGCU 21+1 STR kit： A novel multiplex assay for forensic application[J]. Electrophoresis，2015，36（2）：271-276. doi：10.1002/elps.201400333 .
9	ZHAO G B， MA G J， ZHANG C， et al. BGISEQ-500RS sequencing of a 448-plex SNP panel for forensic individual identification and kinship analysis[J]. Forensic Sci Int Genet，2021，55：102580. doi：10.1016/j.fsigen.2021.102580 .
10	杜情情. 基于NGS的微单倍型复合扩增体系的构建及其在二级亲缘关系中的应用研究[D].石家庄：河北医科大学，2022.
	DU Q Q. Development of a novel microhaplotype panel based on next generation sequencing and its application in pairwise kinship identification[D]. Shijiazhuang： Hebei Medical University，2022.
11	李燃，李成涛，赵书民，等. IBS评分法鉴定全同胞关系及其临界值查询表的构建[J].法医学杂志，2017，33（2）：136-140，147. doi：10.3969/j.issn.1004-5619.2017.02.006 .
	LI R， LI C T， ZHAO S M， et al. Full sibling identification by IBS scoring method and establishment of the query table of its critical value[J]. Fayixue Zazhi，2017，33（2）：136-140，147.
12	阎慧臻. Gompertz模型在人口增长预测问题中的应用[J].大连工业大学学报，2015，34（2）：150-152.
	YAN H Z. Application of Gompertz model in population prediction[J]. Dalian Gongye Daxue Xuebao，2015，34（2）：150-152.
13	冉鹏，裴斌，洪素云. 法医物证领域中亲子鉴定的应用[J].法制与社会，2019（5）：224-225. doi：10.19387/j.cnki.1009-0592.2019.02.225 .
	RAN P， PEI B， HONG S Y. Application of paternity test in the field of forensic material evidence[J]. Fazhi Yu Shehui，2019（5）：224-225.
14	YUAN L， XU X， ZHAO D， et al. Study of autosomal STR loci with IBS method in full sibling identification[J]. Leg Med （Tokyo），2017，26：14-17. doi：10.1016/j.legalmed.2017.01.010 .
15	孙云龙，杨金龙，穆立伟，等. IBS法和ITO法应用于全同胞鉴定中的探讨[J].中山大学学报（医学科学版），2014，35（3）：465-468. doi：10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ（med.sci）.2014.0077 .
	SUN Y L， YANG J L， MU L W， et al. Discuss IBS and ITO methods using in full sibling identification[J]. Zhongshan Daxue Xuebao （Medical sciences），2014，35（3）：465-468.
16	纪凤卿，沈晓丽. 亲权鉴定中常染色体STR基因座遗传学的研究进展[J].国际检验医学杂志，2013，34（21）：2871-2873. doi：10.3969/j.issn.1673-4130.2013.21.037 .
	JI F Q， SHEN X L. Research progress on the genetics of autosomal STR loci in paternity testing[J]. Guoji Jianyan Yixue Zazhi，2013，34（21）：2871-2873.
17	周密，张韩秋，韦帆，等. 采用自主研发似然比率计算器进行ITO亲缘关系分析[J].中国法医学杂志，2011，26（5）：365-367. doi：10.13618/j.issn.1001-5728.2011.05.006 .
	ZHOU M， ZHANG H Q， WEI F， et al. Analysis of genetic relationship with ITO method using selfdeveloped likelihood ratio calculator[J]. Zhongguo Fayixue Zazhi，2011，26（5）：365-367.
18	周密，韦帆，章俊，等. 全同胞关系排除方法分析[J].刑事技术，2019，44（2）：100-104. doi：10.16467/j.1008-3650.2019.02.002 .
	ZHOU M， WEI F， ZHANG J， et al. Approach for exclusion of full-sibling relationship[J]. Xingshi Jishu，2019，44（2）：100-104.
19	周密，张炜. 亲缘关系中等位基因共享分析[J].中国法医学杂志，2015，30（6）：571-573. doi：10.13618/j.issn.1001-5728.2015.06.006 .
	ZHOU M， ZHANG W. Analysis of allele sharing in genetic relationship[J]. Zhongguo Fayixue Zazhi，2015，30（6）：571-573.
20	国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会. 亲权鉴定技术规范： [S]. 2018.
	State Administration for Market Regulation， Standardization Administration of the People’s Republic of China. Specification of parentage testing： [S]. 2018.
21	中华人民共和国司法部司法鉴定管理局. 生物学祖孙关系鉴定规范： [S]. 2015.
	Judical Expertise Administration， Ministry of Justice of the People’s Republic of China. Specifications for biological grandparents-grandchildren identification： [S]. 2015.

[1]	陶瑞旸, 王守宇, 袁春艳, 夏若成, 李成涛. 应用SNaPshot技术检测精液特异性cSNP遗传标记[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 465-470.
[2]	王中华, 李淑瑾. 人类身高推断的分子生物学研究进展[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 487-492.
[3]	张琦, 赵禾苗, 杨康, 陈静, 杨瑞琴, 王冲. 利用朴素贝叶斯和多元logistic回归构建月经血mRNA标志分析模型[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 447-451.
[4]	陈璐, 周喆, 王升启. 陈旧骸骨DNA身份鉴定的法医学进展[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 478-486.
[5]	郭科建, 黄磊, 李士林, 殷才湧, 汤真. 山东汉族人群37个Y-STR基因座多态性与突变调查[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 501-506.
[6]	杨乐, 丛欣, 陈冲, 贾莉, 李惠芬, 马云龙, 石妍. 应用多种遗传标记鉴定疑似父子关系的全同胞关系1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 424-427.
[7]	蒋志霞, 毛小慧, 衡素景. 母亲参与的姑侄亲缘关系鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 326-328.
[8]	白雪, 马冠车, 付丽红, 李淑瑾, 张晓静. 生父性侵女儿法医学鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 308-311.
[9]	臧钰, 李燃, 陈海英, 杨静怡, 乌日嘎, 孙宏钰. 应用法医系谱学鉴定寻亲案件1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 323-325.
[10]	任贺, 刘志勇, 石妍, 陈冲, 贾莉, 陈滢, 刘雅诚, 严江伟. 强奸致孕形成完全性葡萄胎亲子鉴定2例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 315-318.
[11]	刘京, 何传锦, 张科, 于迪, 童梦洁, 马咪, 赵东, 李彩霞. 法医SNP系谱推断技术助破23年冷案1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 312-314.
[12]	肖超, 黄代新. 常用亲缘关系指数的通用计算公式[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 276-282.
[13]	孙宏钰. 法医学亲子和亲缘关系鉴定的挑战与展望[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 229-230.
[14]	王雨婷, 朱强, 胡渝涵, 尉艺凡, 侯婷芸, 张霁. 可疑父与孩子生母存在亲缘关系的PI计算[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 271-275.
[15]	陈慧, 李燃, 臧钰, 杨静怡, 乌日嘎, 孙宏钰. 三个体全同胞关系鉴定的检测效能评估[J]. 法医学杂志, 2023, 39(3): 247-253.