复旦人类进化课件16法医人类学应用性研究

法医人类学应用性研究现代人类学教育部重点实验室法医人类学实验室研究内容1.研究人群的遗传结构2.揭示人群间和个体间差异及其机制研究方向：1.人群的遗传结构和进化机制2.体质特征的遗传与发育机制3.遗传与文化特征的交叉研究4.人类遗传资源的开发利用5.现代人类学的应用性研究现代人类学教育部重点实验室法医人类学法医遗传学法医学法医病理学法医中毒学法医遺伝学(法医血清学)法医人類学法医物証学临床法医学赔偿医学法医学：主要对涉案的尸体、活体、痕迹物证进行简单的技术检验，在实践中逐步形成的检验理论和技术方法。现代法医学：研究与解决涉及法律的人身伤、亡、病、残、生理状态、个体认定及其它医学问题，为法律工作提供证据和资料的应用自然科学。法学与医学交叉的边缘科学。研究方向为全校提供测序及芯片分析服务复旦大学基因组平台3130&3730xlPGM,MiSeq现代人类学教育部重点实验室法医人类学实验室发展新的遗传标记对遗传标记群体效应进行评估可疑罪犯数据库的构建1）研发常染色体上SNP位点以及X染色体上新STR位点，调查中国主要民族(汉，维族，藏族)在这些位点上的群体遗传结构，研究这些位点在法医学领域的应用2）首次构建中国人群全基因组CNV位点图谱；特别关注新疆少数民族的遗传结构研究3）可疑罪犯数据库的构建；在南通、武汉、宿迁共破获刑事案件1000余起南通市公安局吴忠灿副局长评价：“复旦大学团队的技术服务及科研交流合作，提升了我市DNA技术的检案能力和社会公信力、影响力，也为市公安局科研创新、人才培养工作提供了新的模式。”本学科的科学问题和国家需求•DNA指纹是国家公安和安全系统最重要的物证–所有的现场均采集DNA物证：嫌犯确定+嫌犯排查–中国已建成世界最大的罪犯数据库（2300万）–解决串并案，缩小侦查范围和监控重点人群–加快破案速度，降低刑警劳动强度，节约大量破案经费•亟待解决的问题–现有遗传标记的数量不足导致非特异比中–现有遗传标记的特点导致无法高通量分析–需要发展新的位点：增加特异性，高通量分型DNA技术在法医学中的应用•个体鉴定•亲属鉴定•所属人群推定（民族、地域等）•人类学、生物学特征的推测调查工具鉴定工具DNA分析在法医学中的应用•个体鉴定(STR，SNP遗传标记)•亲属鉴定•所属人群推定（民族、地域等）•人类学、生物学特征的推测•常染色体SNP&STR数据库•Y染色体SNP&STR数据库•线粒体数据库•X染色体STR数据库•为公安司法系统提供理论和技术支持大型数据库的构建NucleusDNAYChromsomeSTRsSNPsY-STRsY-SNPsMtDNAAutosome(Mendelism)(Paternalinheritance)(Maternalinheritance)亲子鉴定/个体鉴别分子标记1、GeneticMarkersBasedonAutosome1).VariableNumberofTandemRepeat(VNTRs)----D1S7,D2S44,D10S28Repeatsizefrom8to80basepairs(usually15to35)restrictionfragment(notgene)Agarosegel&SouthernHybridizationAdvantages:i).He.(heterozygosity)large(0.9);ii).Facilitatemixed-sampleanalysis.Groupedsimilarsize(bins)------allele(20to30)Limitations:i).Sensitivity50ngabove;ii).Longanalysistime,SmallNo.loci;iii).NotsuitablefordegradedDNA,lowvaluebetweensiblings;iv).DistinguishbetweenHeteroandHomo;v).Statisticalcomplication.2).ShortTandemRepeats(STRs)----D2S11,D3S1358,D5S818…..Repeatsizefrom2to7basepairsGelwithsilvertobindtoDNA&FluorescenttagRepeatedunittimes------allele(5to30)Advantages:i).He.(heterozygosity)large(0.8);ii).Numerous,MultiAmpl.System(3to16);iii).SuitablefordegradedDNA,betweensiblings;iv).Facilitatemixed-sampleanalysis;v).Rapid,automation.Limitations:i).LessHe.&PDthanVNTR;ii).Relativelyexpensive;iii).Stutterbands.3).PentanucleotideRepeatsAdvantages:Limitations:i).Fewerstutterband;i).Rareinthegenome.MatchProb.------8.26x10-12oronein1.2x1011(6loci)(Ca.)MatchProb.------onein5.7x1014(13loci)(Ca.)近二十年来DNA分析技术进展迅速•小卫星分析（1985）•微卫星分析（1987，1991）•SNP分析（1995）•高通量SNP分析（2000）•高通量SNP芯片分析技术（2005）•第二代测序技术（2008）•下一代测序技术（2011）？DNA分析在法医学中的应用•个体鉴定•亲属鉴定•所属人群推定（民族、地域等）•人类学、生物学特征的推测DNA分析在法医学中的应用•个体鉴定(STR，SNP遗传标记)•亲属鉴定•所属人群推定（民族、地域等）•人类学、生物学特征的推测个体鉴定中的DNA分析•DNA证据进入法庭，始于上世纪90年代初。主要的争议围绕实验室技术的可靠性和在计算匹配度（概率）的人群选取。•较为可靠的微卫星技术最终取代了小卫星技术。•群体间差异较小的微卫星位点在法庭中最终确立（CODIS）应用在法医领域的鉴定试剂盒32Cycles,50pg32Cycles,50pg30Cycles,100pg30Cycles,100pg28Cycles,200pg28Cycles,200pgD3S3053D17S974Non-specificproductsArtifactsIncompleteadenylationD20S1082-ApeaksAllpeaksExamplesofnon-specificproducts,artifacts,andincompleteadenylationStatisticalanalysesforautosomalSTRloci1)Calculationofallelefrequenciesateachlocusbycountingthegenotypes.a)Likelihoodratiotest.P0.053)Calculationofstatisticalvaluesfordiscriminatingpower2)ConfirmationofnosignificantdeviationfromHWE.b)Homozygositytest.P0.05c)Exacttest.P0.05a)Heterozygosityobserved.b)Heterozygosityexpected.c)PIC(PolymorphicInformationContent)d)PD(PowerofDiscrimination)e)MEC(MeanofExclusionChance)新一代针对具体应用开发的试剂盒AmpFℓSTR®Identifiler®DirectPCRAmplificationKit针对案件应用高性能针对数据库建设高通量AmpFℓSTR®Identifiler®PlusPCRAmplificationKit用打孔仪打1.2mm圆片用FTA卡收集样品Identifiler®Direct试剂盒-简化操作流程血样口腔拭子电泳获得数据直接扩增无需DNA提取和纯化步骤1.2mm圆片25mlPCR扩增体系8次重复扩增Identifiler®Direct试剂盒数据重现性无与伦比微卫星技术面临瓶颈•DNA分析的需求大大增加–已被广泛使用–每个案件的检材数量增加•自动化程度低–人力使用–熟练度要求较高–质控要求高近二十年来DNA分析技术进展迅速•小卫星分析（1985）•微卫星分析（1987，1991）•SNP分析（1995）•高通量SNP分析（2000）•高通量SNP芯片分析技术（2005）•第二代测序技术（2008）•下一代测序技术（2011）？走向SNP分析技术的可能性•SNP位点的选取–如何在上千万的SNP中选取合适的位点？•分型平台的选取–如何在众多的平台中选取？•从微卫星向SNP位点的过渡–如何利用已经积累的大量人群数据和罪犯库数据，完成平稳过渡？SNP位点的选取•不同的法医学应用需要不同的SNP位点•个体鉴定：SNP位点在人群间的差异要尽可能地小•人群推定：SNP位点在人群间的差异要尽可能地大（群体特异性）•技术：个体鉴定位点+人群推定位点SNP位点的选取•不同的法医学应用需要不同的SNP位点•个体鉴定：SNP位点在人群间的差异要尽可能地小•人群推定：SNP位点在人群间的差异要尽可能地大（群体特异性）•技术：个体鉴定位点+人群推定位点FudanPanel的研究内容1.从全基因组上最优的筛选出高分辨率个体识别SNP位点2.基于二代测序平台设计SNP系统的分型和质量评价方法3.建立适用于全球的个体识别SNP分型系统SNP的筛选方案•来源数据库–具有海量候选位点–覆盖全球主要人群•群体遗传学–符合哈迪-温伯格平衡–位点间连锁平衡–高杂合度–低群体间频率差异•适用分型技术–Sanger、Snapshot、Genechip、NGS–STR兼容性–远离常用STRHapMapphaseII209个个体基因组；4个人群（CEU、YRI、CHB、JPT）1000GenomesphaseI1050个个体基因组13个人群（非洲3个、美洲3个、亚洲3个、欧洲4个）匹配概率低，鉴别能力强匹配概率和不同群体无关单位点等位基因频率估计基因型频率多位点基因型频率估计联合基因型频率筛选流程3,619,226杂合度高，HWE，远离常用STR位点各大陆人群间差异小大陆内人群间差异小去除影响各种分型/测序技术的区域SNP距离1Mbp20,17212,536493247验证样本&平台吉林汉族71男,26女山东汉族50男,49女江苏汉族44男,43女广东汉族41男,41女蒙古族47男,40女维吾尔族29男,27女藏族39男,34女傣族50男青海汉族50男,48女总计729个样本9个人群247SNPs231SNPsFudanCaller数据分析方法测序数据序列比对等位基因确定FudanSNPCaller质量评估FudanSNPCallerFudanSNPCaller（王一）：自主开发准确、快速、使用方便实现对分型结果进行质量评估的功能软件输出结果：基因型；标准质量分数；质量分数10-4的分型结果正确（经过Sanger法测序验证）实际准确率=99.997%平均随机匹配概率东亚非洲美洲欧洲中国人群南亚Kidd&SNPforID8.19X10-72to8.21X10-69具有超高的鉴别力在区域内、区域间人群几乎相等Fudan_PanelFudanpanelVSKidd&SNPforIDFudanKidd&SNPforID平均匹配概率分别包含78个SNP位点Fudan具有更高的鉴别能力Kidd&SNPforID不适用于东亚和非洲群体DNA分析在法医学中的应用•个体鉴定(STR，SNP