法医物证学那些事儿

　　2024年底，《我是刑警》在各大平台上映，其中有一个案件是"良城连环奸杀案"，警方通过DNA分析技术，在DNA数据库中比中某一个家族后进行排查，成功锁定了真凶。其实，DNA分析技术除了可以帮助确定命案凶手，它还广泛应用于寻亲打拐（即打击妇女儿童拐卖）、失踪人口/灾难受害者身份认定以及各类亲缘关系鉴定等，这些都是法医物证学的应用场景。那么，什么是DNA分析技术？DNA分析常用的方法有哪些？DNA分析的结果如何解读？带着这些问题，我们一起走进法医物证学的世界。

常用的遗传标记

　　DNA又称为脱氧核糖核苷酸，包含A、T、C、G四种碱基。不同个体DNA序列排列方式存在一定的差异，我们可以将这些有差异的DNA序列理解为遗传标记。法医学家通常通过检测和分析遗传标记，揭示其中的个体、家族、群体等相关信息。

遗传标记分类

　　目前，在法医物证学中常用的遗传标记有短串联重复序列（short tandem repeat，STR）、单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）和插入/缺失多态性（insertion/deletion polymorphism，InDel）等[1]。

　　STR是法医学中个体识别和亲子鉴定最常用的一类遗传标记。全球各个国家DNA数据库都是基于STR数据构建，已为公检法司系统立下了一系列赫赫战功。STR是指基因组中由2~6个核苷酸构成，重复次数可达5~60次的DNA片段。

　　图1显示的是一个STR遗传标记示意图，不同行的序列展示了不同个体的STR序列。图中TATC是该STR的核心重复单位，其重复次数一般记为等位基因的长度分型数值（即该STR核心重复区有几个TATC，则等位基因分型就是几）。例如，图1中第一行序列TATC重复了5次，等位基因即为5，第二行序列TATC重复了8次，等位基因是8。

图1 STR示意图

　　图2给出了单一样本检测的STR分型结果，尖峰下面的数字是STR基因座的等位基因。例如，D3S1358基因座，存在17和18两个峰，分型结果记为17/18；CSF1PO基因座，存在12一个峰，分型结果记为12/12。

图2 样本2800M的STR分型图谱

　　SNP是基因组中单个核苷酸变异引起DNA序列多态性的一种遗传标记。图3显示的是SNP示意图。对SNP而言，它在人群中主要表现为一个碱基的差异，如A/T/C/G。

图3 SNP示意图

　　InDel是指基因组中随机插入或缺失一段DNA片段所形成的一种遗传标记。图4显示的是InDel遗传标记示意图，从图中可以看到，相比个体2，个体1的DNA片段中插入TGTCT这段序列。因此，InDel在人群中表现的变异类型有插入和缺失这两类。

图4 InDel示意图

DNA遗传标记检测方法

　　毛细管电泳技术是在电场的作用下，不同的DNA分子在电泳介质中表现出不同的电泳速率：小片段DNA分子的电泳速率要快于大片段，当DNA分子经过检测窗口时，其经过的时间会被检测器捕获，在计算机上生成峰图，对应遗传标记的等位基因。目前，毛细管电泳平台在法医物证学研究中通常被用于检测STR、InDel等遗传标记，是法医物证学中最常用的检测技术。

　　二代测序（next generation sequencing，NGS）是法医物证学领域的新型核酸检测技术。它以合成测序为核心技术，通常采用PCR的方式进行文库构建，然后在测序芯片上进行待测DNA片段的序列分析。NGS在DNA分析中具有高通量、高集成度、精细化检测等优势，可获得长度多态性和序列多态性信息，可同时检测多种类型的遗传标记（STR、SNP、InDel和甲基化等），尤其可适用于微量、降解、混合等疑难检材的检验，不仅可用于个体识别，也可用于推测个体的外貌特征、族群来源以及年龄等[2-5]。

DNA检测技术在法医学中的应用

　　在法医物证学中，个体识别是指通过比较两个样本的遗传分型，如ABO血型、STR基因型等，判断两个样本是否来自于同一个个体。例如，刑事技术警察将案发现场发现的血痕样本提取DNA，通过检测STR遗传标记获得样本的STR分型（通常检测20~30个STR遗传标记），并把检测的结果上传到国家DNA数据库，如果在数据库中发现匹配的个体，则基本上可以认为现场检材是由这个个体所留。

　　亲子鉴定是通过检测人类的遗传标记（如STR），基于遗传规律分析对有争议的父母和子女血缘关系鉴定。亲子鉴定涉及的对象有争议的父亲，又称为被控父亲（alleged father，AF），有争议的母亲，又称为被控母亲（alleged mother，AM）和需要鉴定的孩子（children，C）。此外，生父或者生母通常以F或者M进行表示。

　　亲子鉴定通常分为两类，三联体亲子鉴定和二联体亲子鉴定。其中，三联体亲子鉴定是生母/父、有争议父亲/母亲和孩子组成的是三联体亲子鉴定；二联体亲子鉴定是有争议父亲/母亲和孩子构成的是二联体亲子鉴定。二者的主要区别是三联体中生父或者生母和孩子的关系是明确的，需要判断另一争议方和孩子的亲缘关系。

　　亲子鉴定的基本原理可以概括为以下两点：在肯定孩子的某个等位基因是来自于生父/生母，而有争议的男子/女子无该等位基因，不符合遗传规律，支持排除他们具有亲子关系；在肯定孩子的某个等位基因来自于生父/生母，有争议的男子/女子有该等位基因，符合遗传规律，不能排除他们具有亲子关系。

　　图5显示了三联体和二联体STR遗传标记的检测结果。对于三联体的分析结果，在D5S818基因座上，生母（M）的基因型是11/12，孩子（C）的基因型是12/13，通过遗传规律分析，可以发现孩子的12等位基因是来自生母，表明孩子的13等位基因属于生父基因；对于AF，他在D5S818基因座上的基因型是11/11，不含有生父基因13，表明在D5S818基因座上不符合遗传规律，支持排除父权，即支持该男子不是孩子的生物学父亲（图5a）。对于二联体，在D3S1358位点上，被控男子（AF）的基因型是17/17，孩子（C）的基因型是15/15，AF无孩子的等位基因15，不符合遗传规律，支持排除父权（图5b）。

　　对于亲子鉴定，任何时候都不能仅根据1~2个遗传标记不符合遗传规律，就排除父权或母权。因为，遗传标记从亲代传递给子代的过程中，它们可能会发生突变，导致亲子代间出现不符合遗传规律的情况。

图5 三联体（a）和二联体（b）STR的检测结果

　　除了常规的亲子鉴定，还有全同胞、半同胞、祖孙、姑侄和堂兄弟等亲缘关系鉴定。对于这些亲缘关系鉴定，也是根据遗传标记的检测结果判断他们是否符合遗传规律，并结合统计学计算，确定他们的亲缘关系[6]。法医遗传系谱学，又称为侦查系谱学，是一种用于解决疑难复杂亲缘关系的技术。法医遗传系谱学主要通过检测大量的SNP位点，根据不同个体在SNP位点上的共祖片段长度，用于推测不同个体间的多级亲缘关系，目前在法医学实践中可实现9级亲缘关系的推测[7]。

展望

　　近年来，随着检测技术尤其是高通量测序技术的不断发展，法医物证学中对检材的检测从DNA遗传标记不断扩展更多类型分子标记，如RNA、DNA甲基化、16S rRNA和蛋白质等，进一步深入挖掘现场检材所蕴含的信息。法医物证学的研究方向也扩展至更多领域，为解决更多复杂问题提供科技支持，如现场检材的年龄预测、组织属性推断、外貌特征刻画、生物地理来源解析和环境样本的溯源研究（详情请点击阅读原文）等[8-12]，为案件侦查提供更丰富的线索，为诉讼提供更强力的证据支撑，为平安中国建设贡献公安新质战斗力。

　　参考文献

　　[1] Haddrill P R. Developments in forensic DNA analysis. Emerg Top Life Sci,2021,5(3):381-393

　　[2] Børsting C,Morling N. Next generation sequencing and its applications in forensic genetics. Forensic Sci Int Genet,2015,18: 78-89

　　[3] 王乐,叶健,白雪,等. 二代测序技术及其在法医遗传学中的应用. 刑事技术,2015(5):353-358

　　[4] 张驰,郭立亮,周轲,等. 运用法医学二代测序技术侦破19年久冷案. 刑事技术,2022,47(1):100-106

　　[5] 张驰,康克莱,李蓓,等. 二代测序Y-STR序列多态性之"折叠序列"变异助力侦破21年冷案. 刑事技术,2024,49(6):639-644

　　[6] 李燃,孙宏钰. 法医学亲缘关系鉴定方法和研究热点. 法医学杂志,2023,39(3):231-239

　　[7] Kling D,Phillips C,Kennett D,et al. Investigative genetic genealogy: Current methods,knowledge and practice. Forensic Sci Int Genet,2021,52: 102474

　　[8] Courts C,Gosch A,Rothschild M. RNA analysis in forensic molecular biology. Dtsch Arztebl Int,2024,121(11):363-369

　　[9] Lee H Y,Lee S D,Shin K J. Forensic DNA methylation profiling from evidence material for investigative leads. BMB Rep,2016,49(7):359-369

　　[10] Zhang J,Liu W,Simayijiang H,et al. Application of microbiome in forensics. Genom Proteom Bioinform,2023,21(1):97-107

　　[11] Parker G J,McKiernan H E,Legg K M,et al. Forensic proteomics. Forensic Sci Int Genet,2021,54: 102529

　　[12] 杨琪,康克莱,梅宏成,等. 环境DNA检验及地域来源推断研究进展. 中国法医学杂志,2024,39(3):349-356

　　作者简介

　　靳小业：公安部鉴定中心和中国科学院生态环境研究中心联合培养博士后，研究方向：法医遗传学

　　康克莱：公安部鉴定中心警务技术中级，研究方向：法医遗传学

　　王  乐：公安部鉴定中心警务技术正高级，研究方向：法医遗传学

（作者：靳小业、康克莱、王乐）

（本文来源于公众号：生物化学与生物物理进展）