作者:黃勤方/有勁生物科技

 

「我的名字叫江戶川柯南,原本是個名偵探,不幸被歹徒灌下毒藥而變小。身體雖然縮小了,頭腦還是一樣的好。無論如何,真相只有一個!」如果你和筆者一樣是個七年級生或者剛好跟筆者一樣熱愛推理、蒐查破案等劇情片的迷妹迷弟們,相信這段經典對白一定不陌生。如果你對以上不感興趣也沒關係,面對性侵、離奇兇殺案與無名屍等等社會新聞,一定會問「兇手到底是誰?」「這個人是誰?」。事件會隨人們日常柴米油鹽而逐漸淡忘,但法醫和科學家們仍鑽研一個合適的科學方法去揭露真相。

 

Y-STR (Y chromosome short tandem repeat)為Y染色體上非重組區中的短重複序列。在過去的犯罪事件中,曾利用Y-STR去鑑別男性譜系,而縮小嫌疑犯的範圍,並成功的破解一些冷僻案件。然而,Y-STR具有高突變率的特性,因此在做單倍型的比對時,可能會產生錯誤配對造成偽陰性的結果,讓真正的犯人逍遙法外。Y-STR Haplotype (單倍型) 是指Y-STR等位基因由父系祖先直接遺傳保留下來,而Y-SNP Haplogroup (單倍群)是從共同祖先中相似的Y-STR Haplotype群中找出攜帶相同的SNP,因此父系關係的建立會以具鑑別性的單倍群為前提。Y-SNP突變率相當低 (~1.0 × 109 per year),因此譜系的建立以Y-SNP會優於Y-STR,並以此來研究演化、人類起源與遷移及應用於親屬關係確認、譜系建立與遺骸身分確認,雖然目前親屬關係、譜系等已經可以用Y-STR Haplotype與Y-SNP Haplogroup來比對分析,惟解析度仍不足。次世代定技術具快速及高解析度的特性,運用此技術希望能讓調查時間縮短並得到更精確的結果。

 

於2017年9月發表於Scientific Report中的一篇文章,投稿團隊結合了次世代定序、毛細管電泳及焦磷酸測序方法針對法醫譜系中男性染色體 (Y chromosome)的 Y-STR與Y-SNPs進行探討。作者於Y Chromosome Haplotype Reference Database (YHRD)、International Society of Genetic Genealogy (ISOGG)與 the 1000 Genomes Project 資料庫中篩選Y-SNP並重新製作一個Halopgroup tree,包含的人種有漢族、藏族、維吾爾族及回族等華人族群,以此設計74個 Y-SNP haplogroup的primer panel,製備Library並以iron torrent PGM的NGS定序平台定序,進一步使用焦磷酸測序測另64個Y-SNP並用毛細管電泳去分析Y-STR。實驗一:在100對父子中的Y-SNP基因,顯示父子間具有相同的Y-SNP基因型,並毛細管電泳去分析這100對父子的Y-STR,了解Y-STR在父系遺傳突變的狀態。實驗二:在毫無關係的296名受檢者中,在NGS定序結果觀察到33個終端單倍群,覆蓋主要的Halopgroup tree。在焦磷酸測序結果中發現在296名受檢者中有53人的2對等位基因不同,另外,發現漢族與藏族間擁有相同的Y filer haplotype但不同的單倍群 (漢族攜帶的單倍群為O2a2b1a1a而藏族為O2a2b1a1a1)。實驗三:運用於一件困難的案件中,罪犯在犯罪現場遺留下的DNA與當地97個參考譜系之間沒有Y Filer haplotype的配對。正當警搜猶豫是否有必要擴大偵查範圍時,作者利用本篇探討的方法去測試,結果顯示有五個譜系的Y-SNP基因型與遺留在犯罪現場的DNA相同,攜帶的單倍群為O1a1a2-CTS52。並分別去計算五個不同的譜系的FS index。FS index>1的男性成員,則需要再進一步去檢測Y-STR,最後再利用FS index分析。在這個案例中成功的找到一名嫌疑人。

 

 

圖一、 左邊為作者於資料庫中針對華人族群重新建置的YNP-Halopgroup,證物經過NGS與焦磷酸鹽測序後與左邊的YNP-Halopgroup比對,發現與其中五個譜係符合。

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圖片來源:Qian X., et al. Scientific Reports 7. 2017 Article number: 11324

 

 

圖二YNP-Halopgroup分析後,再進行Y-STR的比對,證物的突變點位與五個譜係中的其一相符並計算FSindex。

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圖片來源:Qian X., et al. Scientific Reports 7. 2017 Article number: 11324

 

 

圖三、利用FS index分析後畫出的相關圖如下

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圖片來源:Qian X., et al. Scientific Reports 7. 2017 Article number: 11324

 

 

這樣的實驗結果不能輕易的對嫌疑人定罪,但在警搜調查確有相當大的協助,使案情的調查從膠著狀態有了更具體的方向。所有的方法都有其優缺點及限制,利用既有的生物技術方法,偕同NGS技術的進步,透過科學的方式讓未知的事情得到一個更接近真實的模樣。

 

*註:FSindex, was proposed based on our forensic pedigree search approach.,在本文裡FSindex談到的比較少,有興趣的人可以再看看原文discussion的部分

 

 

參考文獻

Qian X., et al. Next Generation Sequencing Plus (NGS+) with Y-chromosomal Markers for Forensic Pedigree Searches. Scientific Reports 7, Article number: 11324 (2017) DOI:10.1038/s41598-017-11955-x

(https://www.nature.com/articles/s41598-017-11955-x)

 

 

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