以非生父和母亲DNA评估胎儿DNA浓度的方法及应用与流程

以非生父和母亲dna评估胎儿dna浓度的方法及应用
技术领域
1.本发明属于生物信息分析技术领域，特别涉及一种以非生父和母亲dna评估胎儿dna浓度的方法及应用，用于对亲子鉴定进行辅助判断。


背景技术：

2.基因是dna分子上携带有遗传信息的功能片断，是生物传递遗传信息的物质。dna的使用日益广泛，如进行亲子鉴定。而dna样品质量的好坏将直接关系到后续实验的成败。
3.伴随高通量测序技术的快速发展，单核苷酸多态性(snp)作为第三代遗传标记，越来越多的成为个体及亲子鉴定最新的检测手段。相对于str，snp在染色体中的分布更为广泛，数量更多，检测方法也更方便可靠。
4.以孕妇的外周血进行亲子鉴定时，如果胎儿dna浓度较低，通常无法实现准确鉴定，需要重新送检；如果胎儿dna浓度较高，通常也无法实现准确鉴定，需要配合测序孕妇的白细胞，会增加成本与工作量。因此，在进行亲子鉴定前，有必要对胎儿dna浓度进行评估。


技术实现要素：

5.一方面，本发明实施例提供了一种以非生父和母亲dna评估胎儿dna浓度的方法，该方法包括以下步骤：
6.s101：对非生父dna样本和孕妇游离dna样本的二态性位点进行测序分别得到dna数据 f’和s，所述孕妇游离dna样本通过分离孕妇外周血得到；
7.s102：获取s中满足以下要求的位点集x’，
8.x'＝{xi|nai(s)/ni(s)≤0.2∩nai(f)/ni(f)≥0.9}∪{xi|nai(s)/ni(s)≤0.2∩nai(f)/ni(f)≥0.9}，
9.其中，na与na分别表示二态性位点a与a的观测值，n＝na na，k＝na；
10.s103：根据公式i计算位点集x'上某一个位点的概率p，
[0011][0012]
其中，0≤p≤0.5，pm＝0.4；
[0013]
s104：采用极大似然值法得到点集x'的累计概率h最大时的p
max
；
[0014]
s105：胎儿dna浓度n＝4p
max
。
[0015]
其中，在步骤s101中，所述测序方法包括：
[0016]
s1011：构建探针；
[0017]
s1012：提取样品中的dna；
[0018]
s1013：构件文库；
[0019]
s1014：采用步骤s1011的探针对文库目标区域进行杂交捕获和测序；
[0020]
s1015：对测序数据进行拆分和质量值过滤得到测序数据。
[0021]
其中，所述二态性位点选自snp位点、indel位点和/或str位点，所述二态性位点的
人群频率为0.05-0.95。
[0022]
具体地，在snp位点中，a表示野生型位点，a表示突变型位点。
[0023]
优选地，所述二态性位点的数量大于1000。
[0024]
其中，步骤s104中：根据公式ii计算位点集x’上所有位点的累计概率h，p每隔预定间隔取值计算累计概率h，当h取最大值时的p值即为p
max
；
[0025][0026]
优选地，所述预定间隔为0.0001。
[0027]
另一方面，本发明实施例还提供了前述以非生父和母亲dna评估胎儿dna浓度的方法的应用，n≥0.4时，进行亲子鉴定时，则需要对孕妇的白细胞进行测序；0.004＜n＜0.4时，按二代dna亲子鉴定法进行亲子鉴定；n≤0.004时，进行亲子鉴定时，如果所有位点跟父本匹配，则判断为生父；如果有位点不匹配且胎儿为男胎时，则根据y染色体的匹配情况进行判断，有一个错配即判断为非生父；如果有位点不匹配且胎儿为女胎时，则无法判断亲子关系，需要重新采集孕妇游离dna样本。
[0028]
发明提供的评估方法可以评估胎儿dna浓度，在亲子鉴定时，可根据评估值判断是否需要检测孕妇的白细胞，是否需要重新送检，在经验值范围内(0.004＜n＜0.4)可采用常规的二代dna亲子鉴定法进行亲子鉴定；进而提升亲子鉴定的准确性。
附图说明
[0029]
图1是本发明实施例提供的以非生父和母亲dna评估胎儿dna浓度的方法的流程图；
[0030]
图2是步骤s101的流程图；
[0031]
图3是累计概率h和p值的曲线图；
[0032]
图4是实施例3中n-n的线性分布图；
[0033]
图5是实施例4中n-n的线性分布图。
具体实施方式
[0034]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0035]
实施例1
[0036]
实施例1提供了一种以非生父和母亲dna评估胎儿dna浓度的方法，该方法包括以下步骤：
[0037]
s101：对非生父dna样本(随机父本，可以为真实检测数据或模拟数据)和孕妇游离dna 样本的二态性位点进行测序分别得到dna数据f’和s；其中，孕妇游离dna样本通过分离孕妇外周血得到(包含胎儿dna)。其中，本实施例中的dna数据s和f’通过二代测序技术得到。
[0038]
s102：获取s中满足以下要求的位点集x’，
[0039]
x'＝{xi|nai(s)/ni(s)≤0.2∩nai(f)/ni(f)≥0.9}∪{xi|nai(s)/ni(s)≤0.2∩nai(f)/ni(f)≥0.9}，
[0040]
其中，na与na分别表示二态性位点a与a的观测值，n＝na na，k＝na；f’的取值要求表示，对于数据s，f’上相同的点位要符合上述取值要求。
[0041]
s103：根据公式i计算位点集x'上某一个位点的概率p，
[0042][0043]
其中，0≤p≤0.5，pm＝0.4；具体地，p按从0开始预定间隔离散取值。
[0044]
s104：采用极大似然值法得到点集x'的累计概率h最大时的p
max
。
[0045]
s105：胎儿dna浓度n＝4p
max
。
[0046]
其中，在步骤s101采用常规的二代测序技术，该测序方法包括：
[0047]
s1011：构建探针，其中，探针根据需要进行设计。
[0048]
s1012：提取样品中的dna。
[0049]
s1013：构件文库。
[0050]
s1014：采用步骤s1011的探针对文库目标区域进行杂交捕获和测序。
[0051]
s1015：对测序数据进行拆分和质量值过滤得到测序数据。
[0052]
其中，二态性位点选自snp位点、indel位点和/或str位点等，二态性位点的人群频率为0.05-0.95。
[0053]
其中，在snp位点中，a表示野生型位点，a表示突变型位点。具体地，将该位点与人类基因组参考序列进行比对,与参考基因组比对一致的称为野生型，记为a，反之为突变型，记为a。
[0054]
优选地，为了保证准确性，二态性位点的数量大于1000，如取2693个。
[0055]
其中，步骤s104中：根据公式ii计算位点集x’上所有位点的累计概率h，p每隔预定间隔(从0-0.5取值)取值计算累计概率h，当h取最大值时的p值即为p
max
；
[0056][0057]
优选地，为了保证精度，预定间隔为0.0001；当然，根据需要也可以为其他值，如为0.001。
[0058]
实施例2
[0059]
本发明实施例还提供了实施例1公开的以非生父和母亲dna评估胎儿dna浓度的方法的应用，n≥0.4时，进行亲子鉴定时，则需要对孕妇的白细胞进行测序以获取孕妇本身的snp 位点基因型。0.004＜n＜0.4时，按常规的二代dna亲子鉴定法进行亲子鉴定。n≤0.004 时，进行亲子鉴定时，如果所有位点跟父本匹配，则判断为生父；如果有位点不匹配且胎儿为男胎时，则根据y染色体的匹配情况进行判断，有一个错配即判断为非生父；如果有位点不匹配且胎儿为女胎时，则无法判断亲子关系，则需要重新送样。应用时，可以不用关心父本为生父或非生父。
[0060]
另外，采用本方法，生父与非生父采用相同的算法计算(步骤s101-s104相同，步骤 s105均采用n＝2p
max
)得到的胎儿dna浓度不同，又结合其他算法得到胎儿dna浓度，再进行比对即可判断父本是否为生父。
[0061]
实施例3
[0062]
通过中国人群频率随机生成生父dna样本f和母本dna样本m，通过孟德尔遗传生定律生成子代z，从0-0.4每间隔0.01进行混样，混合子代z和母本m的样本可以获得模拟的孕妇游离dna样本s，每种比例混合生成10个样本，则s样本集的样本数为400。其中，f 和s样本集中含有二态性类型包含snp和indel。
[0063]
获得中国人群多态性位点的部分子集，作为检测位点集x，本实施例采用人群频率属于 0.05-0.95的二态性snp位点大于1000个。获得样本f’和s的检测位点集x各个位点xi 的多态性分布。
[0064]
从样本f’和s的检测位点集中按照实施例1的方法计算s样本中胎儿的浓度。以模拟浓度为0.2为例，获得的累计概率h和p值的关系图如图3所示，从图中可以看出，p在某个值(0.05)时，h能取极大值，同时经验证，此时的p值刚好为模拟浓度的1/4。以模拟浓度n为x轴，计算获得的p2’(1/2n)为y轴作图，可获得n-n为线性分布图， p2'＝0.493824*n,r2＝0.9968，分布图如附图4所示。其中，上方的斜线为实际模拟浓度，下方的斜线为采用本专利的方法计算得到的值。从图中可以看出，采用本专利的方法计算得到的浓度与模拟浓度的差别很小，即本专利的评估方法具有非常高的准确性。
[0065]
实施例4
[0066]
通过实验测序分析获得非生父dna样本f’、母本dna样本m、子代dna样本z的多态性位点。按实施例3中已知比例p混合z和m的样本可以获得模拟的孕妇游离dna样本s。从样本f’和s的检测位点集中按照实施例1的方法计算s样本中胎儿的浓度。以模拟浓度n 为x轴，计算获得的p2’(1/2n)为y轴作图，可获得n-n为线性分布图，p2'＝0.497622*n， r2＝0.9961，分布图如附图5所示。其中，上方的斜线为实际模拟浓度，下方的斜线为采用本专利的方法计算得到的值。从图中可以看出，采用本专利的方法计算得到的浓度与模拟浓度的差别很小，即本专利的评估方法具有非常高的准确性。
[0067]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。