(高清版)GBT 43636-2024 法庭科學(xué) DNA二代測序檢驗規(guī)范

法庭科學(xué)DNA二代測序檢驗規(guī)范2024-03-15發(fā)布2024-10-01實施國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I l2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義、縮略語 14總體要求 5原理 6器材和試劑 7檢驗流程 48數(shù)據(jù)分析 9遺傳參數(shù)計算 8附錄A(資料性)法庭科學(xué)DNA二代測序檢驗記錄表 9參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由中華人民共和國公安部提出。本文件由全國刑事技術(shù)標準化技術(shù)委員會(SAC/TC179)歸口。本文件起草單位：公安部鑒定中心、四川大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院、廣東省公安廳、中央軍委政法委員會偵查技術(shù)中心、中國政法大學(xué)、北京生物醫(yī)藥研究所。1法庭科學(xué)DNA二代測序檢驗規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了利用二代測序技術(shù)進行法庭科學(xué)人類DNA遺傳標記靶向測序檢驗的總體要求以及檢驗器材和試劑、檢驗流程，以及數(shù)據(jù)分析、遺傳參數(shù)計算的基本要求。本文件適用于從事法庭科學(xué)人類遺傳標記檢驗的實驗室和產(chǎn)品制造商針對人類生物檢材與樣本的STR、SNP、InDel等遺傳標記以及線粒體DNA進行二代測序檢驗分析。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T27025檢測和校準實驗室能力的通用要求GB/T43633法庭科學(xué)DNA實驗室建設(shè)規(guī)范GB/T43635法庭科學(xué)DNA實驗室檢驗規(guī)范3術(shù)語和定義、縮略語3.1術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。DNA測序DNAsequencing對DNA分子的核苷酸排列順序的測定，即測定組成核酸分子的腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)的排列順序。二代測序nextgenerationsequencing;NGS區(qū)別于傳統(tǒng)Sanger(雙脫氧鏈終止法)測序，能夠一次并行對大量核酸分子進行序列測定的技術(shù)。靶向測序targetedsequencing針對特定基因集或基因組區(qū)域內(nèi)已知和新型變異進行的測序。單鏈文庫DNA一端序列與芯片表面固定的寡核苷酸特異性結(jié)合，當連接片段的另一端彎曲，與芯片表面固定的另一條互補寡核苷酸“形成橋”,以文庫DNA為模板進行擴增的反應(yīng)。乳化PCRemulsionpolymerasechainreaction將用于PCR擴增的水相體系與油相體系混合，形成大量油包水的微乳液獨立PCR擴增空間，在其中擴增得到大量相同來源擴增產(chǎn)物的反應(yīng)。2在二代測序的模板擴增過程中，先將DNA進行片段化處理，加接頭序列和環(huán)化形成單鏈環(huán)狀DNA,然后通過滾環(huán)擴增將單鏈環(huán)狀DNA擴增2～3個數(shù)量級最終產(chǎn)生的產(chǎn)物。測序儀器運行一個測序流程，如一次單向測序或一次雙向測序的行為。通過生物來源的、人工合成的或克隆技術(shù)等所得到的一個重建分子群。接頭adapter用于標記和固定待測序片段的一小段已知序列的DNA片段。標簽index條碼barcode一段特征性的脫氧核苷酸短片段，在多樣本混合檢測時，充當識別特定樣本來源的唯一標志。測序通量sequencingthroughput單次測序可獲得序列信息的基因片段數(shù)量或可測定的脫氧核糖核酸和核糖核酸(以堿基表示)測序讀長readlengthofsequencing測序能測得的最長DNA片段的長度。[來源：GB/T30989—2014,3.24,待測樣本中某個指定的核苷酸或某條指定的序列被檢測的次數(shù)。堿基識別正確率accuracyofbasecalling單次測序正確堿基數(shù)占可識別堿基總數(shù)的比例。單次測序錯誤堿基數(shù)占可識別堿基總數(shù)的比例，與堿基識別正確率(3.1.14)相對。3堿基識別質(zhì)量qualityofbasecalling衡量堿基正確識別的概率。通常以數(shù)字值直接表示。堿基識別質(zhì)量與堿基識別錯誤率之間的關(guān)系可用式(1)表示： (1)Q——堿基識別質(zhì)量；P——堿基識別錯誤率。分析閾值analyticalthreshold能將檢測到的信號與基線噪聲進行可靠區(qū)分的最低測序深度(占比)。3.2縮略語下列縮略語適用于本文件。DNA:脫氧核糖核酸(DeoxyribonucleicAcid)InDel:插入或缺失(InsertionDeletion)NGS:二代測序(NextGenerationSequencing)PCR:聚合酶鏈式反應(yīng)(PolymeraseChainReaction)SNP:單核苷酸多態(tài)性(SingleNucleotidePolymorphism)STR:短串聯(lián)重復(fù)序列(ShortTandemRepeat)4總體要求4.1實驗室建設(shè)應(yīng)符合GB/T43633(法庭科學(xué)DNA實驗室建設(shè)規(guī)范)的要求。4.2實驗人員應(yīng)熟悉并掌握基于二代測序進行法庭科學(xué)遺傳標記檢驗的原理和方法，并能正確使用分析軟件對測序結(jié)果進行分析與評價。4.3實驗室應(yīng)有完備的文書體系，準確、清晰、完整地記錄實驗流程和結(jié)果，相關(guān)格式參見附錄A。原始記錄、報告等應(yīng)歸檔留存，保證其具有可追溯性。4.4實驗室的環(huán)境與設(shè)施應(yīng)符合GB/T27025的要求。實驗室應(yīng)設(shè)置文庫構(gòu)建區(qū)、核酸定量區(qū)。為了有效防止DNA污染，實驗室應(yīng)設(shè)置分隔獨立的工作區(qū)域進行PCR擴增前操作(試劑配制、樣本制備等)和后續(xù)PCR擴增、測序分析等檢驗操作，并標識區(qū)分不同工作區(qū)。檢驗流程應(yīng)單向流動，必要時實現(xiàn)人員的單向流動。所有實驗操作應(yīng)在規(guī)定區(qū)域進行。5原理將生物檢材或樣本制備成待測樣品，通過橋式PCR、乳化PCR或DNA納米球擴增等PCR擴增技術(shù)，將待測樣品量放大，并收集成文庫，然后進行平行循環(huán)測序。利用邊合成邊測序的策略，加入一種或多種帶標記或不帶標記的底物核苷酸，在聚合酶的作用下，按照堿基互補配對原則，進行DNA鏈的延伸，延伸一輪測取一輪底物與模板結(jié)合后發(fā)出的信號，包括熒光信號、電信號或半導(dǎo)體芯片檢測的離子信號等，收集該信號并確定所測位點的堿基信息。當上一輪測序完成后，重復(fù)測序過程，即實現(xiàn)大規(guī)模并行基因測序。46器材和試劑6.1通則6.1.1對于采用的檢驗器材和試劑等產(chǎn)品應(yīng)按照GB/T27025的要求經(jīng)方法確認后方可使用。6.1.2對于采用的商業(yè)化或自行開發(fā)的法庭科學(xué)遺傳標記二代測序檢測試劑應(yīng)進行質(zhì)量評價驗證，包主要檢驗器材包括：a)二代測序儀；堿基識別質(zhì)量大于20,堿基識別質(zhì)量過濾之后的測序準確率大于或等于99.9%,測序通量適合相應(yīng)法庭科學(xué)遺傳標記檢驗；b)PCR儀；c)熒光定量PCR儀；d)離心機；e)低溫冰箱；f)移液器。主要檢驗試劑包括：a)DNA提取試劑：用于釋放、分離獲得各類生物樣本中的所有DNA并進行純化；b)PCR復(fù)合擴增試劑：用于大規(guī)模平行復(fù)合擴增針對STR、SNP、InDel等遺傳標記或線粒體DNA的各目標位點靶序列，試劑盒內(nèi)至少應(yīng)包含：擴增引物、擴增酶及緩沖液；c)文庫構(gòu)建試劑：用于核酸樣品的測序文庫構(gòu)建，試劑盒內(nèi)至少應(yīng)包含：接頭、DNA連接酶或d)測序試劑：用于對測序文庫進行二代測序，試劑盒內(nèi)至少應(yīng)包含：測序引物、測序反應(yīng)酶及緩沖液。7檢驗流程7.1通則檢驗流程應(yīng)符合相應(yīng)試劑說明書和儀器操作規(guī)范要求，并進行實驗室內(nèi)部方法驗證，制定相應(yīng)的作a)檢驗步驟：至少包括DNA提取與定量、測序文庫構(gòu)建、測序文庫純化與定量、測序檢驗等；b)質(zhì)量控制：至少包括DNA質(zhì)量和濃度控制、文庫片段長度和濃度控制、測序原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、測序結(jié)果質(zhì)量評價等。7.2DNA提取與純化按照GB/T43635(法庭科學(xué)DNA實驗室檢驗規(guī)范)的方法開展實驗，并對DNA提取的質(zhì)量和濃度進行質(zhì)量控制。宜采用熒光定量方法對DNA濃度進行定量，應(yīng)對符合文庫構(gòu)建的質(zhì)量要求指標進行方法驗證。如果核酸樣品質(zhì)量不符合要求，應(yīng)重新提取或增加樣品量再進行相應(yīng)操作。57.3目標序列擴增將適量的DNA加至引物混合液和PCR預(yù)混體系中進行PCR擴增，擴增后選擇合適的方式對PCR產(chǎn)物進行純化。擴增反應(yīng)體系及循環(huán)參數(shù)參照相應(yīng)試劑說明書操作。實驗應(yīng)設(shè)置陽性對照和陰性對照。7.4文庫構(gòu)建主要步驟包括添加接頭、文庫純化、文庫質(zhì)量控制和文庫均一化。材料和方法以文庫構(gòu)建試劑說明a)清晰標記添加的標簽接頭，防止標簽之間造成污染；b)標簽接頭連接后采用磁珠法或相關(guān)文庫純化試劑對擴增產(chǎn)物進行純化處理；c)文庫質(zhì)量控制宜采用熒光定量方法檢測文庫濃度，可選擇采用生物分析儀檢測文庫片段大小，實驗室應(yīng)采用方法驗證確定符合測序要求的文庫質(zhì)量要求指標；d)符合質(zhì)量要求的文庫進行均一化和混合，均一化濃度以測序試劑和測序儀器要求為準。7.5測序模板制備測序文庫均一化、混合后，宜采用橋式PCR、乳化PCR或DNA納米球擴增等方法進行信號放大處理，使信號強度滿足測序識別要求。材料和方法以測序模板制備試劑說明書為準。測序即加入底物核苷酸，在測序酶的作用下使底物核苷酸與測序文庫中的待測樣品進行結(jié)合，同時收集該過程中產(chǎn)生的信號，包括但不限于熒光信號、電信號或離子信號。材料和方法參照相應(yīng)二代測序試劑說明書，其他注意事項包括：a)根據(jù)采用的檢測試劑和二代測序平臺摸索確定合適的文庫上機濃度；b)根據(jù)檢測的法庭科學(xué)遺傳標記特性選擇合適的測序讀長以保證測序結(jié)果準確和完整；c)根據(jù)不同測序平臺的特性和檢測樣本量選擇合適測序通量的測序試劑、確定合適的測序深度并進行充分驗證，保證測序結(jié)果準確。8數(shù)據(jù)分析8.1通則8.1.1軟件的分析流程開放應(yīng)選用公開數(shù)據(jù)分析流程、算法和數(shù)據(jù)分析參數(shù)的生物信息學(xué)軟件，進行法庭科學(xué)遺傳標記二代測序數(shù)據(jù)分析，確保二代測序?qū)嶒灲Y(jié)果準確、可溯源。8.1.2測序原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制8.1.2.1原始數(shù)據(jù)質(zhì)量評估通過測序質(zhì)量值量化評估原始數(shù)據(jù)質(zhì)量，宜評估的指標包括堿基質(zhì)量、序列質(zhì)量、序列長度、N(未測到或不確定堿基)的比例、接頭含量等。根據(jù)評估結(jié)果過濾去除原始數(shù)據(jù)中的接頭、低質(zhì)量或未檢出的堿基及序列，宜過濾的內(nèi)容包括(以6下過濾參數(shù)應(yīng)根據(jù)檢測不同的法庭科學(xué)遺傳標記或使用不同的二代測序平臺進行調(diào)整，并經(jīng)過實驗室驗證):a)檢測接頭序列并進行剪切；b)去除含一定數(shù)目N堿基的序列；c)設(shè)定低質(zhì)量堿基的判定閾值，去除含一定比例以上低質(zhì)量堿基的序列；d)設(shè)定滑動窗口，去除序列平均堿基值低于閾值的序列；e)去除剪切后低于一定長度的序列；f)其他經(jīng)過驗證的剪切去除序列方式。8.1.3數(shù)據(jù)比對分析采用適合的軟件分析數(shù)據(jù)質(zhì)量控制后的測序數(shù)據(jù)，對目標法庭科學(xué)遺傳標記進行分型并統(tǒng)計測序8.2.1二代測序STR數(shù)據(jù)分析軟件應(yīng)支持將STR作為序列多態(tài)遺傳標記進行分型，即長度相同而序列不同的STR等位基因可被識別為不同的等位基因。序列多態(tài)分型結(jié)果命名應(yīng)與現(xiàn)有長度多態(tài)命名兼容，并具備序列唯一性。8.2.2以GRCh38作為比對參考序列，以其正向序列作為STR序列比對依據(jù)。8.2.3測序讀長應(yīng)足夠覆蓋STR擴增子長度，不應(yīng)通過序列拼接的方式進行STR分型，應(yīng)舍去未測通擴增子的數(shù)據(jù)。8.3.1以GRCh38作為比對參考序列。8.3.2采用dbSNP數(shù)據(jù)庫中ID號碼(rs#)的方式進行SNP位點命名。8.4.1以GRCh38作為比對參考序列。以人類線粒體DNA參考序列(NCBIReferenceSequence:NC_012920.1)作為比對參考序列，進行序列比對、拼接和定位，標出與之不同的堿基作為特征點。8.6測序深度閾值設(shè)定與使用8.6.1各基因座/位點設(shè)定合適的測序深度(占比)作為分型研判的分析閾值。若序列的測序深度占比(在該基因座/位點總測序深度中的比例)低于分析閾值時研判為噪聲序列可被過濾；若序列的測序深度占比高于或等于分析閾值時應(yīng)進一步研判序列的類型。8.6.2實驗室應(yīng)根據(jù)自行檢測數(shù)據(jù)設(shè)定分析閾值中的測序深度占比。閾值設(shè)定方法參照表1、表2和圖1的示例。針對已知分型的單一來源樣本，統(tǒng)計某位點的噪聲序列最高測序深度占該位點總測序深度的比例達1%(位點總測序深度為5000,噪聲序列最高測序深度為50,見表1)。檢測不少于50例樣本，獲得每例樣本某位點的噪聲序列最高測序深度占該位點總測序深度的比例(見圖1),在圖1的示例中可設(shè)定測序深度占比1.5%作為該位點的閾值比例。對于STR基因座，應(yīng)先確定等位基因和影子峰，再統(tǒng)計噪聲序列的最高測序深度占比，在表2的示例樣本中噪聲序列的最高測序深度占比1.8%。7表1已知分型樣本的某SNP位點的序列情況序列已知類型測序深度測序深度占比TGAATGCCATCCGTATCACCTGTTGAAGGTTCACC等位基因T49404940/5000=98.8%TGAATGCCATCCGTATCACCTGTAGAAGGTTCACC噪聲序列A50/5000=1%TGAATGCCATCCGTATCACCTGTCGAAGGTTCACC噪聲序列C10/5000=0.2%圖1各樣本中某位點的噪聲序列最高測序深度占比情況表2已知分型樣本的某STR基因座的序列情況長度序列已知類型測序深度測序深度占比等位基因2500/5000=50%等位基因2100/5000=42%影子峰9影子峰噪聲序列90/5000=1.8%AACT[ATCT]噪聲序列25/5000=0.5%AACA[ATCT],噪聲序列55/5000=0.1%8.6.3設(shè)定待分析樣本的某基因座/位點的分析閾值時，根據(jù)8.6.2中的方法設(shè)定測序深度占比，再計算得到對應(yīng)測序深度值(即某基因座/位點的總測序深度與測序深度占比的乘積)。若該值大于或等于10則作為該基因座/位點的分析閾值，若該值小于10則以測序深度10作為該基因座/位點的分析閾值。8.6.4參照以下示例樣本應(yīng)用分析閾值進行分型研判。示例1:按照8.6.2中的方法設(shè)定測序深度占比1%作為某SNP位點的閾值比例。樣本A的該SNP位點的總測序深度為4000,則測序深度小于40的序列(該示例中分別為30、20、10)研判為噪聲序列，詳見表3。8表3某SNP位點的序列情況示例序列SNP分型測序深度測序深度占比研判類型TACATAGGTGGGAAAGCAGAACACATGGGTACTAATA98.25%等位基因TACATAGGTGGGAAAGCAGAACACGTGGGTACTAATG0.75%噪聲序列TACATAGGTGGGAAAGCAGAACACTTGGGTACTAATT0.5%噪聲序列TACATAGGTGGGAAAGCAGAACACCTGGGTACTAATC0.25%噪聲序列示例2:按照8.6.2中的方法設(shè)定測序深度占比2%作為某STR基因座的閾值比例。樣本B的該STR基因座的總測序深度為10000,則測序深度小于200的序列(該示例中分別為100、20)研判為噪聲序列。對于測序深度占比3%的序列，需進一步研判確定為等位基因或者噪聲序列，詳見表4。表4某STR基因座的序列情況示例長度序列測序深度測序深度占比研判類型450045%等位基因420042%等位基因4804.8%影子峰400影子峰[GGAA]n[GGCA]?GGAA[GGCA]噪聲序列噪聲序列[GGAA]?GGGA[GGCA]s0.2%噪聲序列示例3:按照8.6.2中的方法設(shè)定測序深度占比1%作為某SNP位點的閾值比例。樣本C的該SNP位點的總測序深度為500,根據(jù)設(shè)定測序深度占比計算對應(yīng)測序深度值為5,則按照8.6.3中的要求設(shè)定測序深度10作為分析閾值。測序深度為8和9的序列即使?jié)M足測序深度占比大于1%,但需要根據(jù)分析閾值測序深度的最低要求判定為噪聲序列，詳見表5。表5某SNP位點的序列情況示例序列測序深度測序深度占比研判類型TACATAGGTGGGAAAGCAGAACACATGGGTACTAATA等位基因TACATAGGTGGGAAAGCAGAACACGTGGGTACTAATG9噪聲序列TACATAGGTGGGAAAGCAGAACACTTGGGTACTAATT8噪聲序列9遺傳參數(shù)計算9.1將STR作為序列多態(tài)性遺傳標記進行法庭科學(xué)參數(shù)和親權(quán)指數(shù)計算。即長度相同而序列不同的STR等位基因是獨立的不同等位基因，所采用人群頻率數(shù)據(jù)應(yīng)是序列多態(tài)STR等位基因頻率統(tǒng)計數(shù)據(jù)。9.2在進行法庭科學(xué)參數(shù)和親權(quán)指數(shù)計算過程中，需要充分考慮所檢遺傳標記間連鎖關(guān)系的影響。9(資料性)法庭科學(xué)DNA二代測序檢驗記錄表法庭科學(xué)DNA二代測序檢驗記錄表見表A.1～表A.6。擴增模板DNA定量結(jié)果登記表分(24小時制)定量儀器：□Qubit熒光計口實時熒光定量PCR儀□其他定量試劑：□試劑一□試劑二□其他試劑LOT號：樣本編號濃度樣本編號濃度樣本編號濃度濃度單位默認為ng/μL,若使用其他濃度單位需填寫在表格中。第頁/共頁表A.2擴增作業(yè)單DNA檢驗記錄——擴增作業(yè)單擴增時間：自_年_月_日_時_分至_年_月_日_時_分(24小時制)擴增試劑：□試劑一口試劑二□試劑三□試劑四□其他序號位置樣本編號模板序號位置樣本編號模板序號位置樣本編號模板序號位置樣本編號模板1A1A4A7A102B1B4B7B103C104D1D4D7D105E106F1F4F7F107G108H1H4H7H109A2A5A8A11B2B5B8B11C11D2D5D8D11E11F2F5F8F11G11H2H5H8HllA3A6A9A12B3B6B9B12C12D3D6D9D12E12F3F6F9F12G12H3H6H9H12模板一欄單位默認為ng,若使用其他單位需填寫在表格中。第頁/共_頁表A.3文庫構(gòu)建作業(yè)單DNA檢驗記錄——文庫構(gòu)建作業(yè)單(測序平臺)分(24小時制)建庫試劑：□建庫試劑一□建庫試劑二口其他標簽試劑：□標簽試劑一□其他純化試劑：□純化試劑一□其他樣本編號標簽號樣本編號標簽號樣本編號標簽號第頁/共頁文庫定量結(jié)果登記表文庫定量時間：自_年_月_日_時_分至年_月_日_時_分(24小時制)定量儀器：□Qubit熒光計口實時熒光定量PCR儀□其他定量試劑：□試劑一□試劑二□其他樣本編號濃度樣本編號濃度樣本編號濃度濃度單位默認為ng/μL,若使用其他濃度單位需填寫在表格中。第頁/共頁GB/T43636—2024表A.5測序作業(yè)單××××DNA實驗室控制編號：DNA檢驗記錄——測序作業(yè)單*(測序平臺)測序芯片：□芯片一□芯片二口芯片三□芯片四□芯片五芯片編號：模板制備方法：□手動□工作站儀器編號：模板制備試劑：□試劑一試劑LOT號：