三个体全同胞关系鉴定的检测效能评估_陈慧.pdf

法 医 学 杂 志 2023年 6月 第39卷 第3期三个体全同胞关系鉴定的检测效能评估陈慧，李燃，臧钰，杨静怡，乌日嘎，孙宏钰中山大学中山医学院法医学系，广东 广州 510089摘要：目的 研究不同数目常染色体 STR分型体系下增加另一已知全同胞个体的三个体组合全同胞关系鉴定的检测效能。方法 基于1355个代表性STR基因座构成的43种检测体系，随机模拟产生10 000个真家系（全同胞组）和10 000个假家系（无关个体组），基于家系重建法计算全同胞关系指数，以累积全同胞关系指数为0.000 1和 10 000作为评判阈值，计算各检测效能参数，并与两个体组合全同胞关系鉴定比较。结果 随着STR基因座数目递增，判断错误率、无法判断率逐渐减小，灵敏度、特异度、判断正确率等参数逐渐增大，系统效能逐渐提升。同一检测体系下，与两个体组合相比，三个体组合的灵敏度、特异度较高且无法判断率较低，系统效能较高。要求系统效能高于0.85且判断错误率低于0.01%时，三个体组合至少需检测20个STR，少于两个体组合（29个STR）。结论 同一检测体系下三个体组合全同胞关系鉴定的检测效能优于两个体组合，对检测体系储备不足的实验室或者条件受限的检材是有效的鉴定方案。关键词：法医遗传学；常染色体；短串联重复序列；三个体组合全同胞鉴定；检测效能文章编号：1004-5619（2023）03-0247-07 中图分类号：R89；DF795.2；D919.2doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2023.530203 文献标志码：A Evaluation of Detection Efficiency for Trio Full Sibling TestingCHEN Hui,LI Ran,ZANG Yu,YANG Jing-yi,WU Ri-ga,SUN Hong-yuFaculty of Forensic Medicine,Zhongshan School of Medicine,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510089,ChinaAbstract：Objective To study the detection efficiency of trio full sibling with another known full sibling reference added under different number of autosomal STR typing systems.Methods Based on 43 detection systems consisting of 13 to 55 representative autosomal STR loci，10 000 true families（full sibling group）and 10 000 false families（unrelated individual group）were randomly simulated.The full sibling index（FSI）was calculated based on the method of family reconstruction.The cumulative sibling relationship index（CFSI）of 0.000 1 and 10 000 were used as the evaluation thresholds,and the detection efficiency parameters were calculated and compared with the identification of the duo full sibling testing.Results With the increasing number of STR loci，the error rate and inability of judgement rate gradually decreased;the sensitivity，specificity,correct rate of judgment and other parameters gradually increased,and the system efficiency gradually improved.Under the same detection system，trio full sibling testing showed higher sensitivity，specificity，system efficiency and lower inability of judgement rate compared with duo full sibling testing.When the system efficiency was higher than 0.85 and inability of judgement rate was less than 0.01%，at least 20 STRs should be detected for trio full sibling testing，which was less than 29 STRs required by duo full sibling testing.Conclusion The detection efficiency of trio full sibling testing is superior to that of duo full sibling testing with the same detection system，which is an effective identification scheme for laboratories with inadequate detection systems or for materials with limited conditions.Keywords：forensic genetics;autosome;short tandem repeats;trio full sibling testing;detection efficiency 论著 基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（81971798）；广东省自然科学基金面上资助项目（2019A1515011527）作者简介：陈慧（1997），女，硕士研究生，主要从事法医物证学研究；E-mail：通信作者：孙宏钰，女，教授，博士研究生导师，主要从事法医物证学研究；E-mail：引用格式：陈慧，李燃，臧钰，等.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.To cite：CHEN H，LI R，ZANG Y，et al.Evaluation of detection efficiency for trio full sibling testingJ.Fayixue Zazhi，2023，39（3）：247-253.法医学亲子和亲缘关系鉴定专题 247Journal of Forensic Medicine,June 2023,Vol.39,No.3全同胞关系鉴定是最常见的亲缘关系鉴定类型之一，在尸源认定、身份识别、财产继承、失散认亲、户籍办理等刑事、民事和行政事务中应用广泛。2021年，司法部颁布 生物学全同胞关系鉴定技术规范1（SF/T 01172021，以下简称 规范），修订并替代了2014年颁布的 生物学全同胞关系鉴定实施规范2（SF/Z JD01050022014）。与 2014 年版相比，除状态一致性（identity by state，IBS）评分法外，还增加了似然比（likelihood ratio，LR）分析法，根据全同胞关系指数（full sibling index，FSI）值进行全同胞关系判断。此外，规范 提供了两种方法分别在1955个常染色体STR 基因座检测体系下累计状态一致性评分（cumulated identity by state score，CIBS）和累积全同胞关系指数（combined full sibling index，CFSI）的评判阈值及相应系统效能，因此应用更加灵活、方便。该版本的规范适用范围明确为甄别两个体间生物学全同胞关系与无关个体关系。在实践中还会遇到有参考个体参加的情况，也有多个研究提出引入更多亲属参考样本能够在同等检测体系条件下提高亲缘关系鉴定的系统效能，提供更明确的鉴定意见3-6。李海霞等7前期推导了两个已知全同胞参与鉴定的三个体全同胞关系鉴定亲缘关系指数计算公式，并通过实际案件进行了验证。本研究采用随机模拟法对三个体全同胞关系鉴定的检测效能进行评估，为该类鉴定的结果评判提供依据，并以此为例对其他各类基于家系自由组合的亲缘鉴定的结果评判提供指引。1对象与方法1.1 家系模拟在单个基因座上，参考中国汉族人群基因频率8产生 2 个模拟随机个体，分别视为父亲和母亲。按50%的随机抽取概率9由父母基因型独立产生2个或者3个模拟随机子女，即模拟全同胞。多个基因座分别模拟，可获得三个体组合和两个体组合全同胞鉴定情形（图1）在不同检测体系下的完整STR分型。1.2 检测体系根据 规范 中 19 个必检基因座的 DP，选择 DP值最接近平均值的基因座vWA（DP=0.929 8）作为代表基因座，生成 55 个 STR 基因座的等位基因频率。假设基因座之间相互独立，采用R 3.6.1软件10，根据Hp和 Hd分别模拟三个体组合和两个体组合在 1355个STR 基因座的检测体系下的 10 000 个真假全同胞家系。参考 法庭科学 DNA 亲子鉴定规范（GA/T 9652011）设定各STR基因座的父源突变率为0.002，母源突变率为父源的1/3.5。1.3 全同胞关系指数计算和全同胞关系判定根据李海霞等7报道的计算公式和 规范 中表 2分别计算不同 STR 分型体系下三个体组合和两个体组合全同胞鉴定情形的 10 000个真家系（全同胞组）与 10 000 个假家系（无关个体组）的 CFSI 值。参考规范，设定 CFSI大于 10 000时，倾向于认为两名有争议个体为全同胞关系；CFSI小于0.000 1时，倾向于认为两名有争议个体为无关个体；CFSI 介于 0.000 1和10 000之间，则给出“无法给出倾向性意见”的鉴定意见。绘制不同检测体系下全同胞组与无关个体组的lg（CFSI）密度图。1.4 检测效能评估参考诊断试验准确性研究的统计学方法11，根据真实关系和鉴定结果关系类型的数量（表1），计算三个体组合全同胞关系鉴定在前述双阈值判断标准下的8种检测效能评估参数，并与两个体组合全同胞关系鉴定比较。其中，灵敏度表示所有真全同胞家系中能够被判定为全同胞的比例，计算公式为A/(A+C+E)；特异度表示所有假全同胞家系中能够被判定为无关的比例，计算公式为D/(B+D+F)；阳性预测值表示所有被判定为全同胞的家系中真全同胞家系所占的比例，计算公式为A/(A+B)；阴性预测值表示所有被判定为无关的家系中假全同胞家系所占的比例，计算公式为D/(C+D)；判断正确率表示所有能得到明确鉴定意见的家系中被判定正确的家系所占的比例，计算公式为(A+D)/(A+B+C+D)；判断错误率表示所有能得到明确鉴定意见的家系中被判定错误的家系所占的比例，计算公式为(B+C)/(A+B+C+D)；无法判断率表示所有真假全同胞家系中无法得CDBAS1S2S3S1S2S3S1S2S1S2A：Hp，S3与S1、S2为全同胞；B：Hd，S3与S1、S2无关；C：Hp，S1与S2为全同胞；D：Hd，S1与S2无关。图1 三个体组合全同胞鉴定（A、B）和两个体组合全同胞鉴定（C、D）的模拟家系图Fig.1 Simulated pedigrees of trio full sibling testing（A，B）and duo full sibling testing（C，D）248法 医 学 杂 志 2023年 6月 第39卷 第3期到明确鉴定意见的家系所占的比例，计算公式为(E+F)/(A+B+C+D+E+F)；系统效能表示所有真假全同胞家系中能够得到明确鉴定意见的家系所占的比例，计算公式为(A+B+C+D)/(A+B+C+D+E+F)。1.5 统计学分析采用 R 3.6.1软件10模拟三个体组合和两个体组合在不同 STR 检测体系下的真假全同胞家系分型结果，并结合 1.4节检测效能评估方法根据模拟家系的CFSI值统计不同 STR检测体系下三个体组合和两个体组合的 8种检测效能评估参数。运用 R 3.6.1软件ggplot2包绘制不同检测体系下三个体组合和两个体组合模拟家系的CFSI密度图。2结果2.1 三个体组合全同胞关系鉴定在不同数目 STR体系的CFSI图由图 2可见，检测体系分别含 1355个 STR 基因座时，随着检测基因座数目增多，全同胞组与无关个体组的 CFSI 密度曲线越趋向于坐标轴两端。与两个体组合相比，同一检测体系下，极值点更偏离中心lg（CFSI）=0，无法预测区域更小。2.2 三个体组合全同胞关系鉴定在不同数目 STR体系的检测效能分析如表 2 所示，随着检测的 STR 基因座数目增多，灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值、判断正确率、系统效能均呈上升趋势，而判断错误率、无法判断率数值则呈下降趋势。与两个体组合相比（表 3），同一检测体系下三个体组合全同胞关系鉴定的灵敏度、特异度、系统效能的增大和无法判断率的降低均非常显著；阳性预测值则较低，阴性预测值较高；判断正确率和判断错误率则以 30 个 STR 基因座为分水岭，当检测 STR 基因座数目少于 30 时，三个体组合的判断错误率相对较高且判断正确率较低，当STR数目超过30 时，三个体组合的判断错误率较低且判断正确率较高。两种鉴定情形在各统计学参数上的差距随着检测体系中包含的 STR 数目增多而逐渐呈现出缩小趋势。基于 CFSI 判定阈值 0.000 1 和 10 000，三个体组合检测 13个 STR基因座时系统效能已达到 规范 中25个STR基因座才能达到的0.85以上，即100例待检案件中超过 85例能获得明确鉴定意见。同时，两种鉴定情形的判断正确率均高于 0.999，即1 000例获得明确鉴定意见的案件中超过 999 例能获得正确的鉴定意见。当检测 20 个 STR 基因座时，三个体组合的判断正确率达到0.999 9以上。表1 真实关系和鉴定关系的数量Tab.1The number of true relationships and identified relationships鉴定关系全同胞无关无法判断真实关系全同胞真阳性（A）假阴性（C）无法判断（E）无关假阳性（B）真阴性（D）无法判断（F）注：字母AF分别代表各类别家系的数量。BAlg（CFSI）lg（CFSI）概率密度概率密度阈值阈值A：三个体组合全同胞关系鉴定；B：两个体组合全同胞关系鉴定。图2 不同检测体系的CFSI密度图Fig.2 Density plots of CFSI of different detection systems 249Journal of Forensic Medicine,June 2023,Vol.39,No.3表2 三个体组合全同胞关系鉴定在不同数目STR体系的检测效能参数Tab.2Parameters of detection efficiency for trio full sibling testing using different number of STR systems基因座数13141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455灵敏度0.800 660 8580.842 825 6460.881 875 0330.911 788 0230.931 871 7950.951 880 5570.962 157 2680.973 463 4050.980 574 8480.985 849 8390.989 174 3050.992 452 9280.994 355 1260.995 411 1390.996 835 1310.997 810 6590.998 130 9360.998 779 2160.999 212 4560.999 333 3980.999 535 0830.999 655 8940.999 743 9350.999 867 8110.999 887 8870.999 919 9310.999 937 0140.999 940 4510.999 969 0790.999 981 4160.999 980 1020.999 983 3130.999 990 6150.999 993 4060.999 995 6800.999 996 5120.999 997 5060.999 997 9310.999 998 4420.999 999 1160.999 999 2150.999 999 5120.999 999 744特异度0.928 245 9220.942 162 6870.957 056 7500.962 945 4830.971 053 9730.977 797 8900.981 554 6700.984 704 1720.988 031 7200.990 803 9650.993 334 5240.994 625 8700.995 484 5000.995 578 3770.997 293 4120.997 726 2460.998 146 0720.998 515 3630.998 974 5800.999 084 9460.999 133 0000.999 304 3660.999 582 5060.999 650 4720.999 658 4400.999 737 2070.999 821 5110.999 807 7110.999 884 4760.999 911 8600.999 925 5470.999 921 9010.999 947 9070.999 951 6610.999 963 0930.999 973 1820.999 978 1450.999 979 3050.999 985 3790.999 987 7850.999 988 5700.999 992 6860.999 993 345阳性预测值0.999 254 4680.999 361 1440.999 583 5340.999 588 1420.999 692 6480.999 777 1090.999 797 0740.999 825 3650.999 864 3450.999 898 0440.999 934 0320.999 945 7640.999 948 3240.999 936 8980.999 970 8180.999 973 0930.999 978 0220.999 982 0210.999 988 9520.999 989 4430.999 988 1160.999 990 5780.999 995 1150.999 995 9070.999 995 5210.999 996 4980.999 997 8700.999 997 2550.999 998 5570.999 998 9500.999 999 0710.999 998 8740.999 999 3260.999 999 3210.999 999 4990.999 999 6480.999 999 7150.999 999 7010.999 999 7970.999 999 8320.999 999 8310.999 999 9010.999 999 907阴性预测值0.999 999 5510.999 999 5490.999 999 6690.999 999 7380.999 999 7690.999 999 8540.999 999 8770.999 999 9220.999 999 9400.999 999 9580.999 999 9600.999 999 9740.999 999 9800.999 999 9770.999 999 9870.999 999 9930.999 999 9910.999 999 9950.999 999 9970.999 999 9970.999 999 9980.999 999 9980.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 9990.999 999 999判断正确率0.999 654 3630.999 698 0090.999 800 0650.999 799 5140.999 849 3470.999 889 9650.999 899 4770.999 913 1370.999 932 3950.999 949 1260.999 967 0640.999 972 8980.999 974 1660.999 968 4390.999 985 4050.999 986 5420.999 989 0060.999 991 0070.999 994 4740.999 994 7190.999 994 0560.999 995 2870.999 997 5560.999 997 9530.999 997 7600.999 998 2490.999 998 9350.999 998 6270.999 999 2790.999 999 4750.999 999 5350.999 999 4370.999 999 6630.999 999 6610.999 999 7490.999 999 8240.999 999 8570.999 999 8510.999 999 8980.999 999 9160.999 999 9150.999 999 9500.999 999 953判断错误率3.456 410-43.019 910-41.999 310-42.004 910-41.506 510-41.100 410-41.005 210-48.686 310-56.760 510-55.087 410-53.293 610-52.710 210-52.583 410-53.156 110-51.459 510-51.345 810-51.099 410-58.993 410-65.525 810-65.280 710-65.944 010-64.712 810-62.443 510-62.047 110-62.239 910-61.751 110-61.065 410-61.373 010-67.213 910-75.249 610-74.647 310-75.633 010-73.371 510-73.392 810-72.506 210-71.760 910-71.427 410-71.493 410-71.016 310-78.393 810-88.470 210-84.950 010-84.673 610-8系统效能0.864 752 2800.892 763 7730.919 649 7620.937 554 7200.951 606 2460.964 945 4020.971 953 6730.979 168 8420.984 369 8330.988 377 1840.991 287 0630.993 566 3270.994 945 5170.995 526 1780.997 078 8240.997 781 8810.998 149 4770.998 656 2710.999 099 0390.999 214 4480.999 339 9820.999 484 8400.999 665 6630.999 761 1880.999 775 4030.999 830 3200.999 880 3280.999 875 4540.999 927 4990.999 947 1630.999 953 2890.999 953 1700.999 969 5980.999 972 8730.999 979 6370.999 985 0230.999 987 9690.999 988 7670.999 992 0120.999 993 5350.999 993 9770.999 996 1480.999 996 591无法判断率0.135 247 7200.107 236 2270.080 350 2380.062 445 2800.048 393 7540.035 054 5980.028 046 3270.020 831 1580.015 630 1670.011 622 8160.008 712 9370.006 433 6730.005 054 4830.004 473 8220.002 921 1760.002 218 1190.001 850 5230.001 343 7290.000 900 9610.000 785 5520.000 660 0180.000 515 1600.000 334 3370.000 238 8120.000 224 5970.000 169 6800.000 119 6720.000 124 5460.000 072 5010.000 052 8370.000 046 7110.000 046 8300.000 030 4020.000 027 1270.000 020 3630.000 014 9770.000 012 0310.000 011 2330.000 007 9880.000 006 4650.000 006 0230.000 003 8520.000 003 409表3 两个体组合全同胞关系鉴定在不同数目STR体系的检测效能参数Tab.3Parameters of detection efficiency for duo full sibling testing using different number of STR systems1314150.350 108 6770.418 079 9110.459 215 9860.189 328 0150.243 336 2330.296 329 4950.999 998 8040.999 998 1330.999 998 0590.999 835 4690.999 825 5220.999 886 1510.999 941 4710.999 934 6220.999 954 1655.852 910-56.537 810-54.583 510-50.269 734 1330.330 729 6950.377 790 0560.730 265 8670.669 270 3050.622 209 944基因座数灵敏度特异度阳性预测值阴性预测值判断正确率判断错误率系统效能无法判断率 250法 医 学 杂 志 2023年 6月 第39卷 第3期161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354550.508 360 4480.562 618 3270.610 180 3180.639 823 4520.687 513 7020.720 589 3710.745 270 3830.772 196 2430.802 500 8410.820 281 3120.838 146 6830.860 568 7490.871 172 2960.888 872 4170.901 194 0130.909 098 6090.922 650 6840.932 729 7990.939 677 4350.946 417 4310.953 009 3630.957 099 8570.962 023 2570.967 821 3200.971 360 2640.972 463 0100.977 941 5140.979 826 6970.981 851 8840.984 715 8620.986 573 5510.987 516 5550.989 198 9880.991 080 0700.991 729 2510.992 459 6900.993 032 2960.994 181 3640.995 375 0550.995 973 2810.349 086 5170.401 094 0420.452 873 9890.513 007 2170.559 203 5890.598 651 6190.643 056 9490.676 935 8550.720 503 3070.753 734 4480.776 004 6360.807 810 3030.824 505 7260.853 568 2810.866 229 1120.888 306 9250.898 685 7310.910 715 4290.924 273 5390.930 692 2600.943 394 1900.950 656 2110.957 538 9570.963 270 1200.967 245 8950.968 946 9850.976 041 0580.977 708 0430.981 432 2730.983 067 2880.986 391 3480.988 822 7170.988 878 4720.990 376 5030.992 056 3480.992 131 1530.994 455 2110.994 855 1230.995 797 0530.996 300 3690.999 998 4940.999 998 3330.999 998 4130.999 998 7760.999 998 9850.999 998 3420.999 998 3760.999 998 3550.999 998 7720.999 999 1660.999 998 8950.999 999 1790.999 999 2460.999 999 4720.999 999 2500.999 999 6260.999 999 5230.999 999 5450.999 999 6240.999 999 6010.999 999 7430.999 999 7680.999 999 8280.999 999 8330.999 999 8270.999 999 7740.999 999 8990.999 999 8600.999 999 9040.999 999 8740.999 999 9240.999 999 9420.999 999 9120.999 999 9370.999 999 9490.999 999 9300.999 999 9680.999 999 9660.999 999 9770.999 999 9780.999 887 2960.999 881 1580.999 924 8780.999 910 9950.999 939 7980.999 948 1870.999 944 5290.999 952 7780.999 964 1380.999 964 9000.999 966 1970.999 972 9370.999 969 4820.999 979 6020.999 978 2770.999 978 5860.999 984 8970.999 985 3620.999 986 7280.999 988 4920.999 989 2300.999 990 6280.999 990 6600.999 993 0730.999 993 4920.999 991 5630.999 994 5360.999 995 0800.999 995 2850.999 996 1330.999 996 9320.999 996 5770.999 997 2340.999 998 0040.999 998 0460.999 997 7290.999 997 9160.999 998 3750.999 998 9080.999 999 0220.999 953 2190.999 949 5620.999 967 0850.999 959 7120.999 972 4360.999 975 5810.999 973 4340.999 977 0640.999 982 3870.999 982 7570.999 983 1750.999 986 4730.999 984 7740.999 989 7380.999 988 9710.999 989 2280.999 992 3060.999 992 5380.999 993 2290.999 994 0930.999 994 5130.999 995 2130.999 995 2540.999 996 4610.999 996 6660.999 995 6760.999 997 2200.999 997 4730.999 997 5950.999 998 0050.999 998 4290.999 998 2580.999 998 5730.999 998 9710.999 998 9970.999 998 8300.999 998 9410.999 999 1700.999 999 4420.999 999 5004.678 110-55.043 810-53.291 510-54.028 810-52.756 410-52.441 910-52.656 610-52.293 610-51.761 310-51.724 310-51.682 510-51.352 710-51.522 610-51.026 210-51.102 910-51.077 210-57.693 810-67.461 610-66.770 710-65.907 210-65.486 910-64.786 610-64.745 710-63.539 210-63.333 710-64.324 310-62.779 710-62.527 110-62.404 810-61.995 310-61.571 410-61.741 510-61.426 910-61.029 110-61.003 010-61.170 410-61.059 010-68.298 710-75.578 610-74.999 410-70.428 743 5400.481 880 4900.531 544 6490.576 438 5580.623 375 8280.659 636 6030.694 182 1080.724 582 6680.761 515 4860.787 021 4500.807 089 2380.834 200 8100.847 851 9210.871 229 2890.883 721 3090.898 712 4480.910 675 2140.921 729 4910.931 981 7970.9