CN111883207A - 一种生物学亲缘关系的鉴定方法 - Google Patents

一种生物学亲缘关系的鉴定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物学亲缘关系的鉴定方法，包括如下步骤：(a)获得待检物种的参考基因组信息，记为Ref；(b)获得待检样本P1和P2的每个多态性位点的变异类型并统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布；(c)按照式I计算待检样本P1和P2的亲缘关系值：(d)获取不同亲缘关系的亲缘关系值：(e)将待检样本P1和P2的亲缘关系值分别与不同亲缘关系样本组的亲缘关系值按照式II进行T检验，得到不同亲缘关系的置信区间；(f)待检样本P1和P2亲缘关系的确定；该鉴定方法中待检样本处理简单，成本低，效率高、准确率的特点；并适用于具有大型基因组的有性繁殖物种，适应范围广。

Description

一种生物学亲缘关系的鉴定方法
技术领域
本发明涉及亲缘关系鉴定技术领域，具体涉及一种生物学亲缘关系的鉴定方法。
背景技术
亲缘关系鉴定是指依照遗传学基本原理，采用现当代化DNA分型检测技术综合评定样本之间是否存在亲缘关系，个体的差异最终是由于遗传物质(核酸) 的差异造成的。
现有的个体识别方法包括：
公安和司法体系下是以STR这种变异来进行人的个体识别的；获得个体的DNA样本，对DNA样本的特定STR位点进行长度多态性分型，根据个体在STR 位点的分型结果对个体进行区分和识别，通常选取20～30个个体之间有多态性的STR位点。
采用SNP(或Indel)作为个体识别标识，获得个体的DNA样本，对每个SNP (或Indel)位点进行分型，根据分型结果对个体进行区分和识别。
然而，现有方法存在前期处理过程复杂，检测成本较高的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种生物学亲缘关系的鉴定方法，该鉴定方法前期处理简单、鉴定成本较低；此外，该鉴定方法适用于具有大型基因组的有性繁殖物种，适应范围广。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供一种生物学亲缘关系的鉴定方法，所述鉴定方法包括如下步骤：
(a)获得待检物种的参考基因组信息，记为Ref；
(b)获得待检样本P1和P2的每个多态性位点的变异类型并统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布；
(c)按照式I计算待检样本P1和P2的亲缘关系值：
V＝cor(RF(P1),RF(P2)) 式I；
式I中，V为待检样本的亲缘关系值，RF(P1)为待检样本P1在每个多态性位点上RF值组成的向量，RF(P2)为待检样本P2在每个多态性位点上RF 值组成的向量，RF值为待检样本与Ref中在同一多态性位点具有相同变异类型出现的次数/待检样本所有变异类型出现次数；
(d)获取不同亲缘关系的亲缘关系值：
获得待检种群多态性位点变异类型的频率作为先验频率信息；
根据先验频率信息模拟不同种类亲缘关系的N对样本组；并按照式I获得每对样本的亲缘关系值记为Vi(k)，其中，i为自然数，每个自然数代表一种亲缘关系，k为1，2,3…N；
(e)将待检样本P1和P2的亲缘关系值分别与不同亲缘关系样本组的亲缘关系值按照式II进行T检验，得到不同亲缘关系的置信区间，记为CI(Ti)；
Ti＝t.test((V-Vi)/mean(Vi),conf.level＝0.99) 式II；
式II中，Vi为同一亲缘关系N对样本组的亲缘关系值的集合；
(f)待检样本P1和P2亲缘关系的确定：
计算每个CI(Ti)的中间值的绝对值，选择最小的绝对值对应的置信区间，该置信区间对应的亲缘关系即为待检样本P1和P2的亲缘关系。
优选地，亲缘关系的种类包括同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系；
所述Vi(k)中i为0,1,2，…6，且依次分别代表同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系。
优选地，按亲缘关系由近到远依次为同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系；其中，亲子关系和全同胞关系为一组，半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系为一组，在鉴定过程中，如果待测样本的亲缘关系确定为某一组中的某一亲缘关系时，其代表待测样本的亲缘关系可以为相应组中的任意一种亲缘关系。
优选地，所述步骤(d)中，N不低于50。
优选地，所述步骤(b)中，获得待检样本每个多态性位点的变异类型包括：
采用DNA测序仪器对待检样本进行全基因组测序。
优选地，所述测序数量不低于1M。
优选地，所述变异类型为包括SNP、Indel和STR。
优选地，所述步骤(b)中，采用多态性位点识别软件统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布。
优选地，所述物种包括人、猪、马、牛和羊。
本发明的有益效果体现在：
本发明生物学亲缘关系的鉴定方法，待检样本前期处理简单，具有成本低，效率高、准确率的特点；此外，该鉴定方法适用于具有大型基因组的有性繁殖物种，适应范围广。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本发明实施例提供一种生物学亲缘关系的鉴定方法，该鉴定方法包括如下步骤：
(a)获得待检物种的参考基因组信息，记为Ref；
(b)采用DNA测序仪器获得待检样本P1和P2的每个多态性位点的基因组序列并采用多态性位点识别软件统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布；
(c)按照式I计算待检样本P1和P2的亲缘关系值：
V＝cor(RF(P1),RF(P2)) 式I；
式I中，V为待检样本的亲缘关系值，RF(P1)为待检样本P1在每个多态性位点上RF值组成的向量，RF(P2)为待检样本P2在每个多态性位点上RF 值组成的向量，RF值为待检样本与Ref中在同一多态性位点具有相同变异类型出现的次数/待检样本所有变异类型出现次数；
(d)获取不同亲缘关系的亲缘关系值：
获得待检种群多态性位点变异类型的频率作为先验频率信息；
根据先验频率信息模拟不同种类亲缘关系的N对样本组；并按照式I获得每对样本的亲缘关系值记为Vi(k)，其中，i为自然数，每个自然数代表一种亲缘关系，k为1，2,3…N；
(e)将待检样本P1和P2的亲缘关系值分别与不同亲缘关系样本组的亲缘关系值按照式II进行T检验，得到不同亲缘关系的置信区间，记为CI(Ti)；
Ti＝t.test((V-Vi)/mean(Vi),conf.level＝0.99) 式II；
式II中，Vi为同一亲缘关系N对样本组的亲缘关系值的集合；
(f)待检样本P1和P2亲缘关系的确定：
计算每个CI(Ti)的中间值的绝对值，选择最小的绝对值对应的置信区间，该置信区间对应的亲缘关系即为待检样本P1和P2的亲缘关系。
本发明上述生物学亲缘关系的鉴定方法，待检样本前期处理简单，具有成本低，效率高、准确率的特点；此外，该鉴定方法适用于具有大型基因组的有性繁殖物种，适应范围广。
本发明对亲缘关系不作严格限制，例如，亲缘关系的种类可以包括同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系；
Vi(k)中i为0,1,2，…6，且依次分别代表同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系。
在本发明中，对N的数值大小不作严格限制，优选地，N不低于50。通过对提高N值，能够更加准确确定判定阈值，提高鉴定准确率。
在一实施方式中，获得待检样本每个多态性位点的变异类型包括：
采用DNA测序仪器对待检样本进行全基因组测序，测序数量不低于1M。
在一实施方式中，采用多态性位点识别软件统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布。
本发明中鉴定方法不仅适合物种人，同时也能够对具有大型基因组的有性繁殖的物种，例如，猪、马、牛、羊等。
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案作进行一步详细说明。
实施例1
本实施例为中国人群中同一个人的两个待检样本进行鉴定，具体包括如下步骤：
(a)获得人的参考基因组hg38信息，记为Ref；
(b)在同一个人身上两次取血液样本，记为待检样本P1和待检样本P2；
分别提取两个待检样本的DNA，并采用illumina仪器获得待检样本全基因组序列，分别得到7.2M(0.684X)和14M(0.71X)的reads数据，并采用bcftools 统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布；
(c)按照式I计算待检样本P1和P2的亲缘关系值，计算结果为V＝0.629：
V＝cor(RF(P1),RF(P2)) 式I；
式I中，V为待检样本的亲缘关系值，RF(P1)为待检样本P1在每个多态性位点上RF值组成的向量，RF(P2)为待检样本P2在每个多态性位点上RF 值组成的向量，RF值为待检样本与Ref中在同一多态性位点具有相同变异类型出现的次数/待检样本所有变异类型出现次数；
(d)获取不同亲缘关系的亲缘关系值：
从千人基因组东亚人群的数据库获得中国人群多态性位点变异类型的频率作为先验频率信息，并采用bcftools统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布；
根据先验频率信息模拟不同种类亲缘关系的N对样本组；并按照式I获得每个样本组的亲缘关系值记为Vi(k)，其中，i为i为0,1,2，…6，且依次分别代表同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系，k为1，2,3…N，N为100；
(e)将待检样本P1和P2的亲缘关系值分别与不同亲缘关系样本组的亲缘关系值按照式II进行T检验，得到不同亲缘关系的置信区间，记为CI(Ti)；
Ti＝t.test((V-Vi)/mean(Vi),conf.level＝0.99) 式II；
式II中，Vi为同一亲缘关系N个样本组的亲缘关系值的集合；
(f)待检样本P1和P2亲缘关系的确定：
计算每个CI(Ti)的中间值的绝对值，选择最小的绝对值对应的置信区间，该置信区间对应的亲缘关系即为待检样本P1和P2的亲缘关系。
通过上述鉴定方法确定两个待检样本为同一个人。
实施例2
本实施例为中国人群中另外同一个人的两个待检样本进行鉴定，该鉴定方法与实施例1中的方法相同；
具体鉴定方法中：计算得到的待检样本的亲缘关系值V＝0.612；
CI(T0)为：[-0.02877039.-0.02786887]；
CI(T1)为：[0.4397604,0.4412442]；
通过上述鉴定方法可确定两个待检样本为同一个人。
实施例3
本实施例为中国人群中亲自关系(母子)的两个待检样本进行鉴定，该鉴定方法与实施例1中的方法相同；
具体鉴定方法中：计算得到的待检样本的亲缘关系值V＝0.43；
CI(T0)为：[-0.3641856,-0.3638451]；
CI(T1)为：[-0.03836463,-0.03101677]；
CI(T4)为：[0.2424932,0.2434186]。
通过上述鉴定方法可确定两个待检样本为亲子关系。
实施例4
本实施例为中国人群中祖孙关系的两个待检样本进行鉴定，该鉴定方法与实施例1中的方法相同；
具体鉴定方法中：计算得到的待检样本的亲缘关系值V＝0.3102466；
CI(T1)为：[-0.2482437,-0.2410261]；
CI(T4)为：[-0.010448560,-0.001119554]；
CI(T6)为：[0.1759254,0.1863874]。
通过上述鉴定方法可确定两个待检样本为祖孙关系。
本发明上述生物学亲缘关系的鉴定方法，待检样本前期处理简单，具有成本低，效率高、准确率的特点；此外，该鉴定方法适用于具有大型基因组的有性繁殖物种，适应范围广。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种生物学亲缘关系的鉴定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)获得待检物种的参考基因组信息，记为Ref；
(b)获得待检样本P1和P2的每个多态性位点的变异类型并统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布；
(c)按照式I计算待检样本P1和P2的亲缘关系值：
V＝cor(RF(P1),RF(P2)) 式I；
式I中，V为待检样本P1和P2的亲缘关系值，RF(P1)为待检样本P1在每个多态性位点上RF值组成的向量，RF(P2)为待检样本P2在每个多态性位点上RF值组成的向量，RF值为待检样本与Ref中在同一多态性位点具有相同变异类型出现的次数/待检样本所有变异类型出现次数；
(d)获取不同亲缘关系的亲缘关系值：
获得待检种群多态性位点变异类型的频率作为先验频率信息；
根据先验频率信息模拟不同种类亲缘关系的N对样本组；并按照式I获得每对样本的亲缘关系值记为Vi(k)，其中，i为自然数，每个自然数代表一种亲缘关系，k为1，2,3…N；
(e)将待检样本P1和P2的亲缘关系值分别与不同亲缘关系样本组的亲缘关系值按照式II进行T检验，得到不同亲缘关系的置信区间，记为CI(Ti)；
Ti＝t.test((V-Vi)/mean(Vi),conf.level＝0.99) 式II；
式II中，Vi为同一亲缘关系N对样本组的亲缘关系值的集合；
(f)待检样本P1和P2亲缘关系的确定：
计算每个CI(Ti)的中间值的绝对值，选择最小的绝对值对应的置信区间，该置信区间对应的亲缘关系即为待检样本P1和P2的亲缘关系。
2.根据权利要求1所述的鉴定方法，其特征在于，所述亲缘关系的种类包括同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系；
所述Vi(k)中i为0,1,2，…6，且依次分别代表同一个体关系、亲子关系、全同胞关系、半同胞关系、祖孙关系、叔侄关系、曾祖孙关系。
3.根据权利要求1所述的鉴定方法，其特征在于，所述步骤(d)中，N不低于50。
4.根据权利要求1所述的鉴定方法，其特征在于，所述步骤(b)中，获得待检样本每个多态性位点的变异类型包括：
采用DNA测序仪器对待检样本进行全基因组测序。
5.根据权利要求5所述的鉴定方法，其特征在于，所述测序数量不低于1M。
6.根据权利要求1所述的鉴定方法，其特征在于，所述变异类型为包括SNP、Indel和STR。
7.根据权利要求1所述的鉴定方法，其特征在于，所述步骤(b)中，采用多态性位点识别软件统计每个多态性位点上的变异类出现次数的分布。
8.根据权利要求1所述的鉴定方法，其特征在于，所述物种包括人、猪、马、牛和羊。
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