Application of Forensic Transcriptomics in the Identification of Tissue Origin of Body Fluid Stains

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2024.540306

Abstract

Abstract:

The inference of tissue origin of body fluid stains is crucial for case investigation and court proceedings. However, traditional methods for identification of body fluid stains, such as morphological, chemical, and immunoassay identifications have certain limitations, and there is an urgent need for more efficient methods for confirmatory experiments. In recent years, the rapid development of transcriptomics technology has provided new means for the identification of tissue origin of body fluid stains. Different types of RNA in the transcriptome have their own advantages. This paper elaborates in detail on the application of different types of RNA, such as mRNA, miRNA, circRNA, lncRNA, piRNA and microbial transcriptomics in body fluid identification, and summarizes their respective advantages and limitations, in order to provide a reference for related research.

Key words: forensic genetics, transcriptomics, body fluid stains, tissue origin identification, review

CLC Number:

Yi-fan BAI, He-miao ZHAO, Jing CHEN, Hong-di LIU, Rui-qin YANG, Chong WANG. Application of Forensic Transcriptomics in the Identification of Tissue Origin of Body Fluid Stains[J]. Journal of Forensic Medicine, 2025, 41(3): 260-266.

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http://www.fyxzz.cn/EN/Y2025/V41/I3/260

Figures/Tables 1

References 49

[1]	JAWAD M， NOREEN S， ASHRAF M F， et al. Application of ribonucleic acid （RNA） in forensic sciences[J]. BioMedica，2021，36（3）：232-247. doi：10.51441/biomedica/5-101 .
[2]	JUUSOLA J， BALLANTYNE J. Messenger RNA profiling： A prototype method to supplant conventional methods for body fluid identification[J]. Forensic Sci Int，2003，135（2）：85-96. doi：10.1016/s0379-0738（03）00197-x .
[3]	SILVA D S B S， ANTUNES J， BALAMURUGAN K， et al. Developmental validation studies of epigenetic DNA methylation markers for the detection of blood， semen and saliva samples[J]. Forensic Sci Int Genet，2016，23：55-63. doi：10.1016/j.fsigen.2016.01.017 .
[4]	LEE H Y， JUNG S E， LEE E H， et al. DNA methylation profiling for a confirmatory test for blood， saliva， semen， vaginal fluid and menstrual blood[J]. Forensic Sci Int Genet，2016，24：75-82. doi：10.1016/
	j.fsigen.2016.06.007.
[5]	LEGG K M， POWELL R， REISDORPH N， et al. Verification of protein biomarker specificity for the identification of biological stains by quadrupole time-of-flight mass spectrometry[J]. Electrophoresis，2017，38（6）：833-845. doi：10.1002/elps.201600352 .
[6]	SATOH T， KOUROKI S， KITAMURA Y， et al. Detection of prostate-specific antigen in semen using DNA aptamers： An application of nucleic acid aptamers in forensic body fluid identification[J]. Anal Methods，2020，12（21）：2703-2709. doi：10.1039/d0ay00371a .
[7]	王守宇，陶瑞旸，侯一平，等. RNA表达分析在法医学体液斑鉴定中的应用与展望[J].法医学杂志，2022，38（6）：763-773. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2021.510707
	WANG S Y， TAO R Y， HOU Y P， et al. Application and prospect of RNA profiling analysis in forensic body fluid identification[J]. Fayixue Zazhi，2022，38（6）：763-773.
[8]	蔡美铭，陈曼，季观庆，等. 法医转录组学的研究进展及展望[J].中国法医学杂志，2023，38（2）：166-171. doi：10.13618/j.issn.1001-5728.2023.02.014 .
	CAI M M， CHEN M， JI G Q， et al. Research progress and prospect of forensic transcriptomics[J]. Zhongguo Fayixue Zazhi，2023，38（2）：166-171.
[9]	HANSON E， DØRUM G， ZAMBORLIN M， et al. Targeted S5 RNA sequencing assay for the identification and direct association of common body fluids with DNA donors in mixtures[J]. Int J Legal Med，2023，137（1）：13-32. doi：10.1007/s00414-022-02908-9 .
[10]	YANG Q， LIU B， ZHOU Y， et al. Evaluation of one-step RT-PCR multiplex assay for body fluid identification[J]. Int J Legal Med，2021，135（5）：1727-1735. doi：10.1007/s00414-021-02535-w .
[11]	SALZMANN A P， BAMBERG M， COURTS C， et al. mRNA profiling of mock casework samples： Results of a FoRNAP collaborative exercise[J]. Forensic Sci Int Genet，2021，50：102409. doi：10.1016/j.fsigen.2020.102409 .
[12]	CHEN X， XU H， ZHU B. Forensic validation of a combined analysis of mRNA and miRNA markers for precise tissue origin inferences of five kinds of body fluids by RT-qPCR[J]. Electrophoresis，2023，44（21/22）：1714-1724. doi：10.1002/elps.202300059 .
[13]	WANG J， FU G， WANG Q， et al. Differences of circular RNA expression profiles between monozygotic twins’ blood， with the forensic application in bloodstain and saliva[J]. Forensic Sci Int Genet，2024，69：103001. doi：10.1016/j.fsigen.2023.103001 .
[14]	LIU Z， YANG J， WANG N， et al. Integrative lncRNA， circRNA， and mRNA analysis reveals expression profiles of six forensic body fluids/tissue[J]. Int J Legal Med，2024，138（3）：731-742. doi：10.1007/s00414-023-03131-w .
[15]	INGOLD S， DØRUM G， HANSON E， et al. Body fluid identification using a targeted mRNA massively parallel sequencing approach — Results of a EUROFORGEN/EDNAP collaborative exercise[J]. Forensic Sci Int Genet，2018，34：105-115. doi：10.1016/j.fsigen.2018.01.002 .
[16]	GEISS G K， BUMGARNER R E， BIRDITT B， et al. Direct multiplexed measurement of gene expression with color-coded probe pairs[J]. Nat Biotechnol，2008，26（3）：317-325. doi：10.1038/nbt1385 .
[17]	PARK J L， PARK S M， KIM J H， et al. Forensic body fluid identification by analysis of multiple RNA markers using NanoString technology[J]. Genomics Inform，2013，11（4）：277-281. doi：10.5808/GI.2013.11.4.277 .
[18]	WANG Y， ZHAO Y， BOLLAS A， et al. Nanopore sequencing technology， bioinformatics and applications[J]. Nat Biotechnol，2021，39（11）：1348-1365. doi：10.1038/s41587-021-01108-x .
[19]	TYTGAT O， ŠKEVIN S， DEFORCE D， et al. Nanopore sequencing of a forensic combined STR and SNP multiplex[J]. Forensic Sci Int Genet，2022，56：102621. doi：10.1016/j.fsigen.2021.102621 .
[20]	MAYES C， HOUSTON R， SEASHOLS-WILLIAMS S， et al. The stability and persistence of blood and semen mRNA and miRNA targets for body fluid identification in environmentally challenged and laundered samples[J]. Leg Med （Tokyo），2019，38：45-50. doi：10.1016/j.legalmed.2019.03.007 .
[21]	JOHANNESSEN H， GILL P， SHANTHAN G， et al. Transfer， persistence and recovery of DNA and mRNA vaginal mucosa markers after intimate and social contact with Bayesian network analysis for activity level reporting[J]. Forensic Sci Int Genet，2022，60：102750. doi：10.1016/j.fsigen.2022.102750 .
[22]	JOHANNESSEN H， HANSON E， GILL P， et al. Body fluid identification in samples collected after intimate and social contact： A comparison of two mRNA profiling methods and the additional information gained by cSNP genotypes[J]. Genes，2023，14（3）：636. doi：10.3390/genes14030636 .
[23]	WANG S， JIANG T， YUAN C， et al. An mRNA profiling assay incorporating coding region InDels for body fluid identification and the inference of the donor in mixed samples[J]. Forensic Sci Int Genet，2024，69：102979. doi：10.1016/j.fsigen.2023 .
[24]	张佳怡，徐倩南，刘希玲，等. 外周血不同预处理方法及储存时长对RNA质量的影响[J].法医学杂志，2021，37（6）：825-831. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2020.500701 .
	ZHANG J Y， XU Q N， LIU X L， et al. Effects of peripheral blood different pretreatment methods and preservation time on RNA quality[J]. Fayixue Zazhi，2021，37（6）：825-831.
[25]	LIU Y， HE H X， XIAO Z X， et al. A systematic analysis of miRNA markers and classification algorithms for forensic body fluid identification[J]. Brief Bioinform，2021，22（4）：bbaa324. doi：10.1093/bib/bbaa324 .
[26]	BAMBERG M， BRUDER M， DIERIG L， et al. Best of both： A simultaneous analysis of mRNA and miRNA markers for body fluid identification[J]. Forensic Sci Int Genet，2022，59：102707. doi：10.1016/j.fsigen.2022.102707 .
[27]	赵禾苗，林清峦，陈静，等. circRNA应用于体液斑鉴定的技术可行性研究[J].中国法医学杂志，2018，33（1）：31-34. doi：10.13618/j.issn.1001-5728.2018.01.007 .
	ZHAO H M， LIN Q L， CHEN J， et al. Technical feasibility study on the application of circRNA in body fluid identification[J]. Zhongguo Fayixue Zazhi，2018，33（1）：31-34.
[28]	LIU B， YANG Q， MENG H， et al. Development of a multiplex system for the identification of forensically relevant body fluids[J]. Forensic Sci Int Genet，2020，47：102312. doi：10.1016/j.fsigen.2020.102312 .
[29]	ZHANG Y， LIU B， SHAO C， et al. Evaluation of the inclusion of circular RNAs in mRNA profiling in forensic body fluid identification[J]. Int J Legal Med，2018，132（1）：43-52. doi：10.1007/s00414-017-1690-7 .
[30]	WANG S， WANG Z， TAO R， et al. Expression profile analysis of piwi-interacting RNA in forensically relevant biological fluids[J]. Forensic Sci Int Genet，2019，42：171-180. doi：10.1016/j.fsigen.2019.07.015 .
[31]	WANG S， WANG Z， TAO R， et al. The potential use of Piwi-interacting RNA biomarkers in forensic body fluid identification： A proof-of-principle study[J]. Forensic Sci Int Genet，2019，39：129-135. doi：10.1016/j.fsigen.2019.01.002 .
[32]	LIU Z， WANG Q， WANG N， et al. A comprehensive characterization of small RNA profiles by massively parallel sequencing in six forensic body fluids/tissue[J]. Genes （Basel），2022，13（9）：1530. doi：10.3390/genes13091530 .
[33]	LAURENT G ST， WAHLESTEDT C， KAPRANOV P. The Landscape of long noncoding RNA classification[J]. Trends Genet，2015，31（5）：239-251. doi：10 .
	1016/j.tig.2015.03.007.
[34]	Human Microbiome Project Consortium. Structure， function and diversity of the healthy human microbiome[J]. Nature，2012，486（7402）：207-214. doi：10.1038/nature11234 .
[35]	LIU Z， LIU J， GENG J， et al. Metatranscriptomic characterization of six types of forensic samples and its potential application to body fluid/tissue identification： A pilot study[J]. Forensic Sci Int Genet，2024，68：102978. doi：10.1016/j.fsigen.2023.102978 .
[36]	BAMBERG M， DIERIG L， KULSTEIN G， et al. Development and validation of an mRNA-based multiplex body fluid identification workflow and a rectal mucosa marker pilot study[J]. Forensic Sci Int Genet，2021，54：102542. doi：10.1016/j.fsigen.2021.102542 .
[37]	WANG S， SHANTHAN G， BOUZGA M M， et al. Evaluating the performance of five up-to-date DNA/RNA co-extraction methods for forensic application[J]. Forensic Sci Int，2021，328：110996. doi：10.1016/j.forsciint.2021.110996 .
[38]	CORTELLINI V， BRESCIA G， CERRI N， et al. Simultaneous DNA and RNA profiling in a case of sexual assault in a 3-year-old child： Forensic genetics solves the crime[J]. Leg Med （Tokyo），2020，47：101727. doi：10.1016/j.legalmed.2020.101727 .
[39]	LACERENZA D， CAUDULLO G， CHIERTO E， et al. Evaluation of the effects of different sample collection strategies on DNA/RNA co-analysis of forensic stains[J]. Genes （Basel），2022，13（6）：983. doi：10.3390/genes13060983 .
[40]	INGOLD S， DØRUM G， HANSON E， et al. Body fluid identification and assignment to donors using a targeted mRNA massively parallel sequencing approach — Results of a second EUROFORGEN/EDNAP collaborative exercise[J]. Forensic Sci Int Genet，2020，45：102208. doi：10.1016/j.fsigen.2019.102208 .
[41]	HANSON E， INGOLD S， DORUM G， et al. Assigning forensic body fluids to DNA donors in mixed samples by targeted RNA/DNA deep seqeuncing of coding region SNPs using ion torrent technology[J]. Forensic Sci Int Genet Suppl Ser，2019，7（1）：23-24. doi：10.1016/j.fsigss.2019.09.011 .
[42]	INGOLD S， DØRUM G， HANSON E， et al. Assigning forensic body fluids to donors in mixed body fluids by targeted RNA/DNA deep sequencing of coding region SNPs[J]. Int J Legal Med，2020，134（2）：473-485. doi：10.1007/s00414-020-02252-w .
[43]	HENEGHAN N， FU J， PRITCHARD J， et al. The effect of environmental conditions on the rate of RNA degradation in dried blood stains[J]. Forensic Sci Int Genet，2021，51：102456. doi：10.1016/j.fsigen.2020.102456 .
[44]	LI Z， CHEN D， WANG Q， et al. mRNA and microRNA stability validation of blood samples under different environmental conditions[J]. Forensic Sci Int Genet，2021，55：102567. doi：10.1016/j.fsigen.2021.102567 .
[45]	ROCCHI A， CHITI E， MAIESE A， et al. MicroRNAs： An update of applications in forensic science[J]. Diagnostics （Basel），2020，11（1）：32. doi：10.3390/diagnostics11010032 .
[46]	ZHAO C， ZHAO M， ZHU Y， et al. The persistence and stability of miRNA in bloodstained samples under different environmental conditions[J]. Forensic Sci Int，2021，318：110594. doi：10.1016/j.forsciint.2020.110594 .
[47]	孙启凡，李冉冉，胡胜，等. 应用分子生物学技术鉴定体液斑迹组织来源的研究进展[J].刑事技术，2018，43（1）：47-52. doi：10.16467/j.1008-3650.2018.01.010 .
	SUN Q F， LI R R， HU S， et al. Progress and prospect of identifying body fluid source by molecular biology approaches[J]. Xingshi Jishu，2018，43（1）：47-52.
[48]	张琦，赵禾苗，李永久，等. 非编码RNA在体液斑迹鉴定中的应用[J].中国法医学杂志，2020，35（5）：514-517. doi：10.13618/j.issn.1001-5728.2020.05.015 .
	ZHANG Q， ZHAO H M， LI Y J， et al. Application of non-coding RNA in body fluid stain identification[J]. Zhongguo Fayixue Zazhi，2020，35（5）：514-517.
[49]	LIU B， SONG F， YANG Q， et al. Characterization of tissue-specific biomarkers with the expression of circRNAs in forensically relevant body fluids[J]. Int J Legal Med，2019，133（5）：1321-1331. doi：10.1007/s00414-019-02027-y .

种类	长度/bp	主要功能	应用优点	应用缺点
mRNA	几百到几千	将DNA中的遗传信息传递到核糖体	mRNA可与DNA共提取^[36-39]，实现DNA与mRNA的平行分析；可分析mRNA中的cSNP^[40-42]，同时进行体液斑迹鉴定和个体识别，一次检测多达20个mRNA标记，操作简单；mRNA标记特异性强，能够有效地区分不同体液	不同mRNA标记之间可能存在交叉反应；mRNA稳定性较差^[43-44]，不如短链RNA
miRNA	20~24	与mRNA结合，通过调节mRNA的稳定性和翻译效率来影响基因表达	miRNA长度较短，稳定性较好，在陈旧及复杂样本中的检测具有较高的稳定性^[45-46]；miRNA与RNA共提取，可用于分析微量样本和降解样本^[26]	需要用qPCR、二代测序等仪器分析，对技术、设备要求较高；miRNA表达水平与疾病密切相关^[47]，会影响体液斑迹鉴定的准确性；miRNA体液特异性差，常通过与内参基因的丰度比来检验体液斑迹
circRNA	几百到几千	吸附并中和miRNA，从而解除miRNA对其目标mRNA的抑制作用	circRNA稳定性强，可以抵抗RNA酶消化^[48]；来源于mRNA前体，组织特异性强；通过设计线性RNA与circRNA通用引物可以提高mRNA的检测灵敏度^[28-29，49]	单独检测能力差，需要与mRNA标记联合检测
piRNA	24~32	与Piwi蛋白家族成员结合，主要在生殖细胞中发挥作用，参与调控基因表达和维持基因组稳定性	长度较短，3′末端核苷酸的2′-O-甲基化修饰有助于提高稳定性；能较好地区分有生殖细胞的体液和没有生殖细胞的体液^[30]	与生殖细胞高度相关，对于其他体液斑迹识别能力差，应用范围有限
lncRNA	>200	长度较长，可以形成复杂的二级和三级结构	可利用lncRNA中的SNP和InDel进行基因分型，从而进行个体识别	目前对lncRNA在不同体液中表达谱的了解仍然有限，这限制了lncRNA在体液斑迹鉴定中的应用范围
微生物转录组	因种类而异	负责微生物的蛋白质合成、基因表达调控	能够反映不同体液组织中较为活跃的微生物类型，具有较好的组织特异性	微生物转录组的检测对技术、设备要求较高且数据分析难度大；微生物转录组表达受个体、环境因素影响大

种类	长度/bp	主要功能	应用优点	应用缺点
mRNA	几百到几千	将DNA中的遗传信息传递到核糖体	mRNA可与DNA共提取^[36-39]，实现DNA与mRNA的平行分析；可分析mRNA中的cSNP^[40-42]，同时进行体液斑迹鉴定和个体识别，一次检测多达20个mRNA标记，操作简单；mRNA标记特异性强，能够有效地区分不同体液	不同mRNA标记之间可能存在交叉反应；mRNA稳定性较差^[43-44]，不如短链RNA
miRNA	20~24	与mRNA结合，通过调节mRNA的稳定性和翻译效率来影响基因表达	miRNA长度较短，稳定性较好，在陈旧及复杂样本中的检测具有较高的稳定性^[45-46]；miRNA与RNA共提取，可用于分析微量样本和降解样本^[26]	需要用qPCR、二代测序等仪器分析，对技术、设备要求较高；miRNA表达水平与疾病密切相关^[47]，会影响体液斑迹鉴定的准确性；miRNA体液特异性差，常通过与内参基因的丰度比来检验体液斑迹
circRNA	几百到几千	吸附并中和miRNA，从而解除miRNA对其目标mRNA的抑制作用	circRNA稳定性强，可以抵抗RNA酶消化^[48]；来源于mRNA前体，组织特异性强；通过设计线性RNA与circRNA通用引物可以提高mRNA的检测灵敏度^[28-29，49]	单独检测能力差，需要与mRNA标记联合检测
piRNA	24~32	与Piwi蛋白家族成员结合，主要在生殖细胞中发挥作用，参与调控基因表达和维持基因组稳定性	长度较短，3′末端核苷酸的2′-O-甲基化修饰有助于提高稳定性；能较好地区分有生殖细胞的体液和没有生殖细胞的体液^[30]	与生殖细胞高度相关，对于其他体液斑迹识别能力差，应用范围有限
lncRNA	>200	长度较长，可以形成复杂的二级和三级结构	可利用lncRNA中的SNP和InDel进行基因分型，从而进行个体识别	目前对lncRNA在不同体液中表达谱的了解仍然有限，这限制了lncRNA在体液斑迹鉴定中的应用范围
微生物转录组	因种类而异	负责微生物的蛋白质合成、基因表达调控	能够反映不同体液组织中较为活跃的微生物类型，具有较好的组织特异性	微生物转录组的检测对技术、设备要求较高且数据分析难度大；微生物转录组表达受个体、环境因素影响大