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新一代测序技术在法医学中的应用(二)——SNP篇

【2019-10-15】
       在上期,我们为大家介绍了新一代测序技术中STR在法医学中的应用,今天大阅哥来为大家讲一下二代测序技术——SNP的具体应用。


  什么是SNP? 

       SNP是单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism)的简称,是基因组水平上单个核苷酸变异所引起的DNA序列多态性。SNP包括了人类基因组已知多态性的80%,是最常见的遗传变异类型。SNP位点因其分布广泛、突变率低、扩增片段短等特点使其具有较好的法医学应用前景。

  SNP在法医学中的应用  

       根据功能的不同,法医学中常用的SNP可以分为高密度的个体识别SNP、先祖信息SNP、表型信息SNP等,通过检测这些遗传标记可以获得更多的物证信息,为侦破案件提供帮助。
       一方面,SNP在法医学上与选择性STR位点有着同样的功能——为身份鉴别提供基因信息。但与STR等重复序列多态性标记相比,SNP具有更高的遗传稳定性。因此在身份鉴定和系谱推断时出现突变的概率要小的多,从而达到更好的个体识别能力;此外SNP还可用于群体遗传学中关于人类起源、进化、迁移的研究。
       另一方面,基因组中的STR多存在于内含子中,一般不具备功能,SNP则广泛分布于基因组的外显子和内含子中,通过全基因组关联性分析,各国己经筛选出多个与虹膜颜色、头发颜色、肤色等表型特征及人群来源相关的SNP位点。例如,北欧人的皮肤色素沉着比其他地区的人更浅,利用合适的数据库可以定义不同区域人群的皮肤色素沉着程度,并将其作为始祖起源参照,那么浅肤色的证据样本即可初步定位在北欧地区。在法医学检测过程中,通过SNP信息来推断个体的生物地理起源,从而间接地提供一些一般的外貌信息。


  案例分析  

       迄今为止,研究人员已经成功阐述了多种色素沉着复杂多基因特性的遗传基础,为其他高遗传性状成因SNP的研究提供了希望,如身高和面部形态基因的应用将成为可能。
       这类基因检测已经在2015年1月,成功协助侦破于2011年发生在哥伦比亚的一桩双重谋杀案。因为该案没有目击证人,所以地方当局求助于法医表型分析,SNP分析结果表明凶手是一个深色皮肤、棕色头发和棕色眼睛的男性,为调查提供了线索。       
       目前类似的“人脸法医系统”在执法部门有两种主要应用:一是在没有目击证人和没有传统的DNA匹配情况下,缩小犯罪嫌疑人的范围;二是可以描绘出身份不明者的遗体图像。


  SNP的优势与挑战  

       虽然单个SNP多态信息含量不如多等位基因的STR,但高分布密度弥补了信息量的不足,二代测序低廉的价格和超高的测序通量为SNP分型提供了巨大优势,使得高通量平行检测SNP位点成为可能。
       由于SNP检测结果只有阴性和阳性两种,因而更利于自动化分型和确定基因频率的实现。与此同时,二代测序的SNP体系对降解检材分型效果优于基于PCR-CE平台的STR、Mini-STR和Indel体系。
       在海量数据面前,如何准确地进行SNP分型,将是一个巨大的挑战。利用二代测序数据进行SNP分型,困难主要集中于两个方面:
■ 一方面是等位基因偏差导致的困难。对于低覆盖度的测序,会导致杂合子中只有其中一条等位基因被测序,进而出现假阴性的情况。
 另一方面,针对大规模平行测序时,增加测序深度会导致成本急剧增加。
       因此,提出一个准确、适当的SNP分型阈值,是利用二代测序对大规模样本进行SNP分型的重要补充。

参考文献:
1.胡蓉. (2001). 单核苷酸多态性及其在法医学中的应用前景. 法医学杂志, 17(4), 249-252.
DOI:10.3969/j.issn.1004-5619.2001.04.031
2.陈科等. (2017). 利用二代测序数据判定snp基因型. 东华大学学报:自然科学版(43), 376.
DOI:10.3969/j.issn.1671-0444.2017.03.011
3.王乐等. (2015). 二代测序技术及其在法医遗传学中的应用. 刑事技术.
DOI:10.16467/j.1008-3650.2015.05.002

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