利用人类DNA定量试剂盒降解指数优化STR和Y-STR分型效率的研究

推荐：研究人员针对犯罪现场或灾难中常出现的DNA降解问题，通过Quantifiler HP试剂盒的降解指数(DI)评估不同降解模式（酶切与UV照射）对STR/Y-STR分型的影响，发现DI可指导PCR模板量优化，但不同降解机制下等DI值样本的等位基因检出率差异显著，为法医降解DNA分析提供了重要实践依据。

　　

在法医科学和灾难遇难者识别领域，短串联重复序列(STR)分型是身份鉴定的金标准。然而，犯罪现场或自然灾害中收集的生物样本常因暴露于阳光、高温或微生物环境导致DNA严重降解。这种降解会显著降低STR分型的成功率，尤其当长片段等位基因因模板断裂无法有效扩增时，会出现"滑雪坡效应"(ski slope effect)——即短片段等位基因信号强度远高于长片段的失衡现象。更棘手的是，传统DNA定量方法难以区分不同降解机制（如物理断裂与紫外线损伤）对STR分型的差异化影响，使得法医工作者在有限样本条件下难以制定最佳检测策略。

为破解这一难题，大阪医疗制药大学法医学系的Seiki Nakao团队在《Forensic Science International: Genetics》发表研究，首次系统评估了Quantifiler HP DNA定量试剂盒提供的降解指数(Degradation Index, DI)与STR/Y-STR分型成功率的关系。研究人员创新性地采用两种人工降解模型：NEBNext dsDNA片段化酶模拟物理断裂，312 nm紫外线照射模拟光损伤，制备出DI值1.0-46.5的梯度降解样本。通过GlobalFiler和Yfiler Plus试剂盒进行STR/Y-STR扩增，结合毛细管电泳分析，揭示了DI值对不同降解模式下等位基因检出率的预测价值。

关键技术方法包括：1) 使用片段化酶和UV照射构建不同降解模型；2) Quantifiler HP试剂盒定量DNA并计算DI值；3) 采用GlobalFiler(29个STR位点)和Yfiler Plus(27个Y-STR位点)试剂盒进行多重PCR；4) 3500 Genetic Analyzer毛细管电泳平台检测；5) 按片段大小将等位基因分为低分子量(≤220 bp)和高分子量(≥255 bp)两组分析。

3.1 DNA降解模式与效应

酶切和UV处理均使DI值随时间呈指数上升，但相同DI值时酶切DNA的定量值降幅更显著。例如DI≈7时，酶切男性DNA仅保留3.2%原浓度，而UV照射样本保留44.1%。性别差异分析发现，酶切处理的女性DNA DI值普遍高于男性(p<0.05)，而UV组仅1分钟照射时有统计学差异，提示酶切敏感性可能受基因组序列特征影响。

3.2 DI升高对STR/Y-STR谱图的影响

电泳图谱清晰显示"滑雪坡效应"：所有高DI样本中，高分子量等位基因峰高显著低于低分子量等位基因。但UV照射样本的SE33位点(最长STR位点之一)在所有DI条件下均保持稳定检出，而酶切样本在DI>2时即出现严重丢失。平均相对荧光单位(RFU)分析发现，酶切样本在DI≈2时高分子量等位基因RFU骤降，而UV组呈现先降后升的双相变化，可能与UV损伤后期仅存完整短片段的选择性扩增有关。

3.3 DI对等位基因检出率的影响

当输入DNA≥1.0 ng时，酶切样本在DI≤2.0时可维持>90%检出率，而UV样本耐受性更高(DI≤8.5)。典型例证：DI≈7时，酶切男性DNA的STR/Y-STR检出率为48-92%和42-79%，而UV组达73-100%和82-100%。值得注意的是，相同DI值(≈13.6)下，酶切女性DNA检出率仅26-71%，UV组高达75-98%，证实降解机制比DI值本身更能预测分型成功率。

讨论部分指出，DI值虽能有效评估降解程度，但无法区分降解机制差异。UV照射主要通过形成环丁烷嘧啶二聚体(CPD)和6-4光产物阻碍复制，而酶切造成随机断裂，这解释了为何SE33位点在UV组表现异常稳定——其序列特征可能抵抗UV损伤。研究建议法医实践中需结合样本暴露历史解读DI值：犯罪现场武器上的DNA(可能含酶降解)与户外暴露遗骸(主要UV损伤)即使DI相同也应采取不同检测策略。

该研究的核心价值在于建立了降解DNA分析的标准化框架：1) 确立DI=2.0为酶切样本的临界阈值；2) 揭示UV损伤样本可耐受更高DI值；3) 发现SE33可作为UV损伤样本的内参位点。这些发现为法医工作者在有限样本条件下最大化遗传信息回收提供了科学依据，尤其对大规模灾难遇难者DNA数据库建设具有重要实践意义。未来研究可拓展其他降解模型(如氧化、高温)，并比较不同定量试剂盒(如PowerQuant、Quantiplex Pro)的DI值相关性，以进一步完善降解DNA分析体系。