Применение законов передачи генетического материала при установлении различных степеней родства

ЕСТЬ ВОПРОСЫ?
СПРОСИ У СПЕЦИАЛИСТА

Наша команда профессионалов ответит на ваши вопросы

 

Простейшим и наиболее частым случаем определения родства является установление отцовства. При исследовании этой степени родства проводится типирование (получение генотипов) ребенка, матери (желательно, но не необходимо) и предполагаемого отца по аутосомным STR-локусам. Затем проводится анализ полученных генотипов для каждого, взятого отдельно, локуса на предмет их соответствия заявленным родственным отношениям. Далее будет показано, как осуществляется этот анализ. Всё сказанное в данном разделе справедливо и для случаев установления материнства.
   Начнем с примеров, в которых генотипы анализируемых лиц не противоречат предположению о родстве.

Вариант 1. Случай, когда для анализа доступен материал всех троих лиц, то есть матери, ребенка и мужчины, для которого требуется установить отцовство в отношении ребенка. Мать считается априори родной.
   В данном случае при анализе генотипов, используется следующее правило, основанное на законах передачи генетического материала: в генотипе ребенка по любому локусу один из аллелей всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологического отца по данному локусу, а другой аллель всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологической матери по данному локусу.
   На Рис. 8 показан пример того, когда генотипы ребенка, матери и предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют в пользу истинности отцовства. Генотип дочери по выбранному нами локусу – pq, а генотип матери – qy. Так как мать считается априори родной, и только аллель q присутствует как в генотипе матери, так и в генотипе ребенка, то именно аллель q был получен ребенком от матери (стрелка зеленого цвета на рисунке). Аллель p получен ребенком от истинного биологического отца и должен присутствовать в его генотипе. В данном примере в генотипе предполагаемого отца (xp) содержится аллель p, совпадающий с аллелем отцовского происхождения в генотипе ребенка, что свидетельствует в пользу истинности отцовства (стрелка красного цвета на рисунке).

В Таблице 1 приведены все возможные сочетания аллелей в генотипах по какому-либо локусу ребенка, матери и предполагаемого отца, свидетельствующие в пользу отцовства.

Таблица 1. Генотипы ребенка, матери и предполагаемого отца по локусу, свидетельствующему в пользу истинности отцовства.

     Ребенок         
       Мать                
Предполагаемый
отец
Ребенок и мать одинаковые гомозиготы
pp pp pp
px
Ребенок и мать одинаковые гетерозиготы
pq  pq pp
qq
pq
px
qx
Ребенок гомозигота, мать гетерозигота
 pp pq pp
pq
px
Ребенок гетерозигота, мать гомозигота 
pq qq pp
pq
px
Ребенок и мать различные гетерозиготы  
pq qy pp
pq
py
px

Одинаковые буквы соответствуют одинаковым аллелям и наоборот 

Вариант 2. Случай, когда материал матери недоступен, то есть исследуется материал ребенка и предполагаемого отца.
   При недоступности для анализа материала матери используется следующее правило: в генотипе ребенка по любому локусу один из аллелей всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологического отца по данному локусу.
   На Рис. 9 показан пример того, когда генотипы ребенка и предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют в пользу истинности отцовства. Генотип дочери – pq. В соответствии с законами наследования один из аллелей получен от биологической матери, другой от биологического отца. В данном случае генотип матери по анализируемому локусу неизвестен и мы не можем установить, какой аллель получен от матери (стрелка со знаком вопроса на рисунке) и, соответственно, не можем определить аллель отцовского происхождения. Тем не менее наличие в генотипе предполагаемого отца аллеля p, совпадающего с одним из аллелей в генотипе дочери, свидетельствует в пользу истинного отцовства (стрелка красного цвета на рисунке 9). Следует отметить, что это свидетельство имеет меньший «вес», чем в случае, когда аллель предполагаемого отца совпадает с аллелем отцовского происхождения в генотипе ребенка, установленном с помощью анализа генотипа матери. Это, естественно, учитывается при дальнейших расчетах уровня достоверности.

В Таблице 2 приведены все возможные сочетания аллелей в генотипах ребенка и предполагаемого отца, свидетельствующие в пользу отцовства.

Таблица 2. Генотипы ребенка и предполагаемого отца по локусу, свидетельствующему в пользу истинности отцовства.

              Ребенок            
Предполагаемый отец
Ребенок и отец одинаковые гомозиготы
pp pp
Ребенок гомозигота, отец гетерозигота
pp px
Ребенок гетерозигота, отец гомозигота
pq pp
qq
Ребенок и отец гетерозиготы
pq pq
px
qx

   Предположим, что для всех исследованных локусов получено свидетельство в пользу истинного родства. Можно ли со 100%-ной уверенностью утверждать, что предполагаемый отец приходится истинным биологическим отцом ребенку? К сожалению, нет. Несмотря на то, что анализируются генотипы по большому количеству специально подобранных независимых локусов, имеющих большое количество аллелей, существует, хотя и очень маленькая, вероятность, что выявленные совпадения аллелей обусловлены случайностью. Поэтому перед тем, как сделать положительный вывод о родстве, всегда проводится оценка его достоверности. В настоящее время используются различные подходы к расчету уровня достоверности. Все они основываются на данных популяционной генетики о частоте встречаемости различных генетических признаков.
   Приказом МЗ РФ №161 от 24.04.2003 г. уровень доказательности экспертного заключения определен следующим образом:

  • При не исключении родства для одного из родителей и бесспорного родства другого родителя - не ниже 99,90%.
  • При не исключении родства для одного из родителей и отсутствии другого родителя - не ниже 99,75%.

   В Центре Молекулярной Генетики обеспечивается значение уровня достоверности заключения не ниже 99,99%, вне зависимости от наличия или отсутствия одного из родителей. В случае, когда базовый набор локусов не обеспечивает указанного уровня достоверности, проводится типирование образцов по дополнительным локусам до тех пор, пока требуемый уровень не будет достигнут. Дополнительная оплата при этом не взимается.

   Рассмотрим примеры, в которых генотипы анализируемых лиц свидетельствуют против предположения о родстве.

Вариант 1. Случай, когда для анализа доступен материал всех троих лиц, то есть матери, ребенка и мужчины, для которого требуется установить отцовство в отношении ребенка. Мать считается априори родной.
   Повторимся, что в данном случае при анализе генотипов используется следующее правило, основанное на законах передачи генетического материала: в генотипе ребенка по любому локусу один из аллелей всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологического отца по данному локусу, а другой аллель всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологической матери по данному локусу.
   На Рис. 10 показан пример того, когда генотипы ребенка, матери и предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют против истинности отцовства. Генотип дочери по выбранному нами локусу – pq, а генотип матери – qy. Так как мать считается априори родной, и только аллель q присутствует как в генотипе матери, так и в генотипе ребенка, то именно аллель q был получен ребенком от матери (стрелка зеленого цвета на рисунке). Аллель p получен дочерью от истинного биологического отца и должен присутствовать в его генотипе. В генотипе предполагаемого отца (xz) не содержится аллеля отцовского происхождения из генотипа ребенка (p), что свидетельствует против предположения об истинном родстве.

Важно рассмотреть еще один вариант, показывающий желательность участия матери в проведении анализа. На Рис 11. показан пример, когда один из аллелей в генотипе предполагаемого отца совпадает с одним из аллелей в генотипе ребенка, однако в совокупности генотипы трех лиц свидетельствуют против истинности отцовства. Генотип сына по выбранному нами локусу – pq, а генотип матери – qy. Так как мать считается априори родной, и только аллель q присутствует как в генотипе матери, так и в генотипе ребенка, то именно аллель q был получен ребенком от матери (стрелка зеленого цвета на рисунке). Аллель p получен сыном от истинного биологического отца и должен присутствовать в его генотипе. В генотипе предполагаемого отца (xq) не содержится аллеля отцовского происхождения из генотипа ребенка (p), что свидетельствует против предположения об истинном родстве. Следует отметить, что если бы исследовалось родство данного ребенка и данного мужчины в отсутствии материала матери, то генотипы по данному локусу ребенка и предполагаемого отца свидетельствовали бы в пользу отцовства, так как в генотипе отца имеется аллель q (см. Рис. 9 и описание к нему). Таким образом, использование материала матери при установлении отцовства повышает достоверность исследования, а его отсутствие – приводит к необходимости анализа большего числа локусов при анализе биологического материала только предполагаемого отца и ребенка.

Вариант 2. Случай, когда материал матери не доступен, то есть исследуется материал ребенка и предполагаемого отца.
   При недоступности для анализа генотипа матери используется следующее правило: в генотипе ребенка по любому локусу один из аллелей всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологического отца по данному локусу.
   На Рис. 12 показан пример того, когда генотипы ребенка и предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют против истинности отцовства. Генотип дочери – pq. В соответствии с законами наследования один из аллелей получен от биологической матери, другой от биологического отца. В данном случае генотип матери по анализируемому локусу неизвестен и мы не можем установить, какой аллель получен от матери (стрелка со знаком вопроса на рисунке) и, соответственно, не можем определить аллель отцовского происхождения. Тем не менее, отсутствие в генотипе предполагаемого отца аллелей, совпадающих с одним из аллелей в генотипе дочери, свидетельствует против предположения об истинности отцовства.

Какой вывод делается, если выявлено несоответствие предположения об истинном родстве законам передачи наследственной информации в генотипах по одному или нескольким локусам? Генотипы по определенному локусу могут свидетельствовать против истинного отцовства не только вследствие того, что предполагаемый отец не приходится биологическим отцом ребенку, но также по причине того, что у биологического отца или матери произошла мутация. Вероятность такого события крайне мала, однако пренебречь ею нельзя. Поэтому вывод об исключении родства делается только тогда, когда против истинности отцовства свидетельствуют генотипы по нескольким локусам.
   Приказ МЗ РФ №161 от 24.04.2003 г. предписывает делать вывод об исключении отцовства (материнства) при выявлении несоответствия генотипов родству не менее чем в двух локусах.
   В ходе многолетней работы Центра Молекулярной Генетики, а также по сообщениям зарубежных специалистов, было зафиксировано достаточно случаев мутаций в двух локусах в одной семье. Поэтому в Центре Молекулярной Генетики вывод об исключении отцовства (материнства) делается только тогда, когда против истинности отцовства свидетельствуют генотипы по трем или более локусам. При выявлении несовпадений по одному или двум локусам проводится типирование по дополнительной линейке локусов, и в случае, если генотипы по дополнительным локусам свидетельствуют в пользу отцовства, проводится вероятностный расчет с учетом возможных мутаций.

Установление родства по мужской линии

   Установление родства по мужской линии основано на особых свойствах Y-хромосомы. Y-хромосома содержится только в ядрах клеток мужчин и рекомбинирует c X-хромосомой в мейозе на очень небольших участках, расположенных на концах хромосомы. Таким образом, она передается из поколения в поколение от отца к сыну практически в неизменном виде (см. Рис. 13).
   При анализе родства по мужской линии используется следующее правило, основанное на законах передачи генетического материала - Y-хромосома, ребенок мужского пола: гаплотип ребенка всегда совпадает с гаплотипом биологического отца.

  Рассмотрим родословную, изображенную на Рис. 14. Мужчины, члены данной семьи, выделенные на родословной одним цветом, несут в своих клетках идентичные копии Y-хромосомы и их гаплотипы по Y-хромосоме должны совпадать.

Исследование родства по мужской линии проводится по следующей схеме:

  • типирование образцов исследуемых мужчин по системе STR-локусов, лежащих на Y-хромосоме;
  • анализ полученных гаплотипов на совпадение по всем исследованным локусам.

   В случае, когда гаплотипы по всем проанализированным локусам совпадают, это не является 100%-ным доказательством того, что данные мужчины являются родственниками по мужской линии, так как существует, хотя и небольшая, вероятность того, что выявленные совпадения гаплотипов обусловлены случайностью. Поэтому перед тем, как сделать положительный вывод о родстве, всегда проводится оценка его достоверности, основанная на данных популяционной генетики о частоте встречаемости различных гаплотипов Y-хромосомы.
   Несовпадение гаплотипов по определенному локусу может быть обусловлено не только тем, что данные мужчины не являются родственниками по мужской линии, но также по причине того, что в каком-то поколении при передаче Y-хромосомы от отца к сыну произошла мутация. Поэтому вывод об исключении родства делается только тогда, когда несовпадение гаплотипов наблюдается по нескольким локусам. В Центре Молекулярной Генетики вывод об исключении родства делается только тогда, когда несовпадение гаплотипов Y-хромосомы наблюдается по двум или более локусам. В случае несовпадения гаплотипов по одному локусу проводится вероятностный расчет, учитывающий возможность произошедшей мутации.

Установление родства по женской линии

   Установление родства по женской линии основано на особенностях передачи митохондриальной ДНК в череде поколений. Дело в том, что при оплодотворении митохондрии сперматозоида и, соответственно содержащаяся в них ДНК, не проникают в яйцеклетку. В силу этого явления митохондрии детей содержат молекулы ДНК, идентичные молекулам митохондриальной ДНК матери, но не отца (см. Рис. 15).
   При анализе родства по женской линии используется следующее правило, основанное на законах передачи генетического материала -
Митохондриальная ДНК, независимо от пола: митотип ребенка всегда совпадает с митотипом биологической матери.

Отметим отличительную особенность родства по женской линии. Родственниками по мужской линии могут быть только мужчины. Каждый из родственников по женской линии может быть лицом любого пола, при этом «линии родства» могут проходить только через женщин и всегда обрываются на мужчинах.
   Рассмотрим родословную, изображенную на Рис. 16. Члены данной семьи, выделенные на родословной красным цветом, несут в своих клетках идентичные копии молекул митохондриальной ДНК и их митотипы должны совпадать.

Исследование родства по женской линии проводится по следующей схеме:

  • установление митотипов образцов исследуемых лиц;
  • анализ полученных митотипов на совпадение.

   Типирование митохондриальной ДНК проводится путем определения нуклеотидных последовательностей полиморфных локусов HV1 и HV2.
   В случае, когда митотипы исследуемых лиц совпадают, это не является 100%-ным доказательством того, что данные лица являются родственниками по женской линии, так как существует, хотя и небольшая, вероятность того, что выявленное совпадение митотипов обусловлено случайностью. Поэтому, перед тем как сделать положительный вывод о родстве, всегда проводится оценка его достоверности, основанная на данных популяционной генетики о частоте встречаемости различных митотипов.
   В случае, когда митотипы исследуемых лиц различаются, делаются следующие выводы, зависящие от характера выявленных несовпадений:

  1. Если митотипы различаются по двум и более позициям в сравниваемых последовательностях, то делается вывод об исключении родства.
  2. Если митотипы различаются по одной позиции в сравниваемых последовательностях, то делается вывод о невозможности дать обоснованное заключение о родстве. Данное положение обусловлено тем, что иногда наблюдается, обусловленное произошедшей мутацией различие в один нуклеотид между митотипами матери и ребенка.

   Следует упомянуть о таком явлении, как гетероплазмия, когда при типировании одного человека выявляются не один, а два митотипа. При обнаружении гетероплазмии у одного или обоих исследуемых лиц, формирование вывода происходит следующим образом:

  1. При наличии у исследуемых лиц совпадающих митотипов делается заключение о неисключении родства и проводится вероятностный расчет с учетом частоты встречаемости того митотипа, по которому выявлено совпадение.
  2. В случае, когда между митотипами исследуемых лиц обнаруживается различие (даже в одном положении нуклеотидной последовательности), делается вывод об исключении родства.

Установление родства сибсов

   На практике встречаются случаи, когда необходимо установить родство для сибсов (людей, имеющих общих родителей или одного общего родителя), но материал предполагаемых родителей недоступен.
   Далее рассмотрены способы установления родства для предполагаемых сибсов.

1. Установление родства сибсов по мужской линии, по женской линии и по маркерам X-хромосомы.

Родство типа брат-брат.

Рассмотрим родословную, изображенную на Рис.17.

Из рисунка видно, что братья получают от общего отца идентичные копии Y-хромосомы, а от общей матери – митохондриальную ДНК. Следовательно, при установлении родства для сибсов мужского пола, имеющих предположительно общего отца и разных матерей, когда материал предполагаемого отца недоступен  (например в случае его смерти, см. Рис. 18), проводится анализ на родство по мужской линии, для сибсов мужского пола, имеющих предположительно общую мать, проводится анализ на родство по женской линии. При установлении родства для полных сибсов (предположительно имеющих обоих общих родителей) проводится анализ родства как по женской, так и по мужской линиям.

Родство типа сестра-сестра

Рассмотрим родословную, изображенную на Рис. 19.

Из рисунка видно, что сестры получают от общего отца идентичные копии X-хромосомы. Из этого следует правило –
X-хромосома, женщины: у женщин, имеющих общего биологического отца, в генотипах по любому локусу X-хромосомы всегда присутствует как минимум один общий аллель.
Заметим, что данное правило справедливо и для случая, когда нужно определить родство для женщин имеющих предположительно общего отца, материал которого недоступен (например в случае смерти предполагаемого отца, см. Рис. 20), но различных матерей .

 

Исследование женщин на родство по отцу проводится по следующей схеме:

  • типирование образцов предполагаемых сестер по отцу по системе STR-локусов, лежащих на X-хромосоме;
  • анализ полученных генотипов на наличие совпадающих аллелей.

   При наличии совпадающих аллелей в генотипах женщин по всем исследуемым локусам проводится расчет достоверности положительного вывода о родстве по отцу. Следует отметить, что наличие совпадающих аллелей в генотипах по локусам X-хромосомы у двух женщин может являться не только следствием их родства по отцу или случайного совпадения генетических признаков, но и результатом их родства по матери. Данное обстоятельство должно приниматься во внимание при проведении вероятностных расчетов в каждом конкретном случае.

   Какой вывод делается, если выявлено отсутствие совпадающих аллелей в генотипах женщин по одному или нескольким локусам X-хромосомы?
   Генотипы по определенному локусу могут свидетельствовать против истинного родства не только вследствие того, что исследуемые женщины не являются сестрами по отцу, но также по причине того, что у биологического отца произошла мутация. Поэтому вывод об исключении родства делается только тогда, когда против истинности родства свидетельствуют генотипы по нескольким локусам. В Центре Молекулярной Генетики вывод об исключении родства делается только тогда, когда против истинности родства свидетельствуют генотипы по трем или более локусам.
   В случае выявления несовпадений по одному или двум локусам проводится типирование по дополнительной линейке локусов, и в случае, если генотипы по дополнительным локусам свидетельствуют в пользу родства, проводится вероятностный расчет с учетом возможных мутаций.
   Женщины, имеющие общую мать, получили от нее митохондриальную ДНК. Следовательно, для сибсов женского пола, имеющих предположительно общую мать, проводится анализ на родство по женской линии.
   При установлении родства для полных сибсов (предположительно имеющих обоих общих родителей) проводится анализ родства, как по женской линии, так и с использованием полиморфных локусов X-хромосомы и аутосом.

Родство типа брат-сестра

Рассмотрим родословную, изображенную на Рис. 21. Из рисунка видно, что брат и сестра получают от общей матери митохондриальную ДНК. Следовательно, при установлении родства для разнополых сибсов, имеющих предположительно общую мать, проводится анализ на родство по женской линии. Для разнополых сибсов, имеющих предположительно общего отца, установление родства по мужской линии, а также с использованием типирования по локусам X-хромосомы невозможно. Для такого случая анализ родства проводится по аутосомным генетическим маркерам .

Замечание. Положительное заключение о родстве предполагаемых сибсов по мужской линии, по женской линии или одновременно по мужской и женской линиям не является доказательством наличия у них одного или нескольких общих родителей (см. Рис. 22.).

2. Установление родства сибсов по аутосомным генетическим маркерам.

   Сибсы являются примером такой степени родства, при котором в генотипах родственников по аутосомным локусам не обязательно должны содержаться совпадающие аллели. На Рис. 23 и Рис. 24 показаны крайние случаи, когда генотипы сибсов по определенному локусу либо полностью совпадают, либо вообще не имеют общих аллелей.

Несмотря на это, наличие в генотипах по аутосомным локусам совпадающих аллелей у сибсов более вероятно, чем у неродственных лиц, что позволяет использовать подход, основанный на вычислении условных вероятностей.
   Исследование родства в данном случае проводится по следующей схеме:

  • типирование исследуемых лиц по аутосомным STR-локусам;
  • вычисление на основе популяционных данных о частоте аллелей исследуемых локусов отношения правдоподобий LR, то есть отношения вероятности наблюдать выявленные генотипы при условии, что исследуемые лица являются сибсами, к вероятности наблюдать выявленные генотипы при условии, что исследуемые лица не являются родственниками;
  • вычисление вероятности родства.

   Если вероятность родства достигает требуемого уровня достоверности, то делается заключение об истинности родства.
   Если вероятность родства не достигает требуемого уровня достоверности, то либо проводится анализ дополнительных локусов, либо делается вывод о невозможности дать обоснованное заключение.

Установление родства между дедом (бабкой) и внуками

   Довольно часто возникают ситуации, когда требуется установить родство в отношении человека, биологический материал которого по каким-либо причинам недоступен. В ряде случаев (но не всегда) такое исследование можно провести, если есть возможность получить материал близких родственников этого лица.
   Данный раздел посвящен случаям установления родства, когда материал предполагаемого отца недоступен, однако доступен материал его родителей (обоих или кого-то одного). Такой анализ, в зависимости от ситуации, проводится с использованием либо аутосомных маркеров, либо маркеров, лежащих на половых хромосомах.

1.Варианты, при которых возможно использование систем на основе аутосомных STR-локусов.

   Рассмотрим Рис. 25, на котором изображены родословная и генотипы по какому-либо гипотетическому аутосомному локусу сына, дочери, матери, отца, а также деда и бабки детей по отцу.

Генотип дочери – zx, сына – qp, матери – zq, отца – px. Аллелями отцовского происхождения в генотипе дочери является аллель x, а в генотипе сына – аллель p. Каждый из этих аллелей получен отцом от одного из своих родителей, поэтому присутствует либо в генотипе бабки, либо в генотипе деда. Такие же рассуждения справедливы и для аллелей материнского происхождения и генотипов родителей матери (на рисунке не показаны). Отсюда можно вывести следующее правило -
Аутосомы, независимо от пола ребенка: в генотипе ребенка по любому локусу аллель отцовского происхождения всегда совпадает с одним из аллелей либо в генотипе бабки по отцу, либо в генотипе деда по отцу.
   Для случаев, когда в генотипе ребенка нельзя установить аллели отцовского и материнского происхождения, сформулированное выше правило преобразуется в следующее –
Аутосомы, независимо от пола ребенка: в генотипе ребенка по любому локусу один из аллелей всегда совпадает с одним из аллелей либо в генотипе бабки по отцу, либо в генотипе деда по отцу.
   Исследование в рассматриваемых случаях проводится по стандартной схеме:

  • типирование образцов исследуемых лиц;
  • анализ полученных генотипов на основе сформулированных выше правил на соответствие проверяемой степени родства.

   Начнем с примеров, в которых генотипы анализируемых лиц не противоречат предположению о родстве.

Вариант 1. Случай, когда для анализа доступен материал матери, ребенка и обоих родителей мужчины, для которого требуется установить родство в отношении ребенка. Мать считается априори родной.
   На Рис. 26 показан пример, когда генотипы ребенка, матери и родителей предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют в пользу истинности родства.Генотип сына по выбранному нами локусу – pq, а генотип матери – zq. Так как мать считается априори родной, и только аллель q присутствует как в генотипе матери, так и в генотипе ребенка, то именно аллель q был получен ребенком от матери (стрелка зеленого цвета на рисунке). Аллель p получен ребенком от истинного биологического отца и должен присутствовать в генотипе одного из родителей биологического отца. В данном примере в генотипе предполагаемого деда yp содержится аллель p, совпадающий с аллелем отцовского происхождения в генотипе ребенка, что свидетельствует в пользу истинности родства (стрелка красного цвета на рисунке).

Вариант 2. Случай, когда для анализа доступен только материал ребенка и обоих родителей мужчины, для которого требуется установить родство в отношении ребенка. На Рис. 27 показан пример того, когда генотипы ребенка и родителей предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют в пользу истинности родства. Генотип сына – pq. В соответствии с законами наследования один из аллелей получен от биологической матери, другой от биологического отца. В данном случае генотип матери по анализируемому локусу недоступен, и мы не можем установить, какой аллель получен от матери (стрелка со знаком вопроса на рисунке) и, соответственно, не можем определить аллель отцовского происхождения. Тем не менее, наличие в генотипе предполагаемой бабки аллеля p, совпадающего с одним из аллелей в генотипе сына свидетельствует в пользу истинного родства (стрелка красного цвета на рисунке).

В случае, когда генотипы по всем проанализированным локусам свидетельствуют в пользу истинности родства, это не является 100%-ным доказательством того, что заявленные бабка и дед являются родителями истинного биологического отца ребенка, так как существует вероятность того, что выявленные совпадения аллелей обусловлены случайностью. Поэтому перед тем, как сделать положительный вывод о родстве, всегда проводится оценка его достоверности. В настоящее время используются различные подходы к расчету уровня достоверности. Все они основываются на данных популяционной генетики о частоте встречаемости различных генетических признаков.
   Следует отметить, что свидетельство генотипов по каждому локусу в пользу родства типа дед-внук имеет меньший «вес», чем в случае родства типа отец-сын. Поэтому для достижения одного и того же уровня достоверности, в случае установления отцовства по родителям предполагаемого отца, требуется анализ большего числа локусов, чем в случае, когда материал предполагаемого отца доступен. В ситуациях, когда оказывается недоступным как материал предполагаемого отца, так и матери, более эффективным является установление родства с помощью анализа локусов половых хромосом (см. далее).

Рассмотрим примеры, в которых генотипы анализируемых лиц свидетельствуют против предположения о родстве.

Вариант 1. Случай, когда для анализа доступен материал матери, ребенка и обоих родителей мужчины, для которого требуется установить родство в отношении ребенка. Мать считается априори родной. На Рис. 28 показан пример, когда генотипы ребенка, матери и родителей предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют против родства. Генотип сына по выбранному нами локусу – pq, а генотип матери – zq. Так как мать считается априори родной, и только аллель q присутствует как в генотипе матери, так и в генотипе ребенка, то именно аллель q был получен ребенком от матери (стрелка зеленого цвета на рисунке). Аллель p получен сыном от истинного биологического отца и должен присутствовать в генотипе одного из родителей биологического отца. Ни в генотипе предполагаемого деда ys, ни в генотипе предполагаемой бабки xf не содержится аллель отцовского происхождения p из генотипа ребенка, что свидетельствует против предположения об истинном родстве.

Вариант 2. Случай, когда для анализа доступен только материал ребенка и обоих родителей мужчины, для которого требуется установить родство в отношении ребенка. На Рис. 29 показан пример, когда генотипы ребенка и родителей предполагаемого отца по данному локусу свидетельствуют против родства. Генотип сына – pq. В соответствии с законами наследования один из аллелей получен от биологической матери, другой от биологического отца. В данном случае генотип матери по анализируемому локусу неизвестен и мы не можем установить, какой аллель получен от матери (стрелка со знаком вопроса на рисунке) и соответственно не можем определить аллель отцовского происхождения. Тем не менее, отсутствие в генотипах родителей предполагаемого отца аллелей, совпадающих с одним из аллелей в генотипе сына, свидетельствует против предположения об истинности родства.

Какой вывод делается, если выявлено несоответствие предположения об истинном родстве законам передачи наследственной информации в генотипах по одному или нескольким локусам?
   Генотипы по определенному локусу могут свидетельствовать против истинного родства не только вследствие того, что предполагаемые дед и бабка не приходятся родителями истинному биологическому отцу ребенка, но также по причине того, что у матери, биологического отца или его родителей произошла мутация. Поэтому вывод об исключении родства делается только тогда, когда против истинности отцовства свидетельствуют генотипы по нескольким локусам. В Центре Молекулярной Генетики вывод об исключении родства делается только тогда, когда против истинности родства свидетельствуют генотипы по трем или более локусам. В случае выявления несовпадений по одному или двум локусам проводится типирование по дополнительной линейке локусов, и в случае, если генотипы по дополнительным локусам свидетельствуют в пользу родства, проводится вероятностный расчет с учетом возможных мутаций.

2. Вариант, при котором возможно использование систем на основе STR-локусов, лежащих на X-хромосоме.

   В случаях, когда требуется установить отцовство в отношении ребенка женского пола, а материал предполагаемого отца недоступен, проведение анализа возможно, если доступен материал предполагаемой бабки ребенка по отцу.
   Данный вид анализа основан на том, что у мужчин в клетках содержится одна копия X-хромосомы и в неизменном виде передается их дочерям.

   Рассмотрим родословную, изображенную на Рис. 30. Генотип дочери по выбранному нами локусу X-хромосомы – qp, а генотип матери – yq. Только аллель q присутствует как в генотипе матери, так и в генотипе ребенка, следовательно, именно аллель q был получен ребенком от матери (стрелка зеленого цвета на рисунке). Аллель p получен дочерью от отца, а отцом от бабки (стрелки красного цвета на рисунке). Поскольку X-хромосома у мужчин только одна и не рекомбинирует в мейозе, то аллели по всем локусам, полученные мужчиной от своей матери, в неизменном виде передаются его дочерям. Из сказанного выше следует такое правило –
X-хромосомы, ребенок женского пола: в генотипе ребенка по любому локусу один из аллелей всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологического отца по данному локусу, а другой аллель всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе биологической матери по данному локусу.
   В случае невозможности определения аллелей материнского и отцовского происхождения в генотипе дочери (например, когда материал матери недоступен) данное правило формулируется следующим образом –
X-хромосомы, ребенок женского пола: в генотипе ребенка по любому локусу один из аллелей всегда совпадает с одним из аллелей в генотипе матери биологического отца по данному локусу.

Сформулированные выше правила совпадения аллелей локусов X-хромосомы для ребенка женского пола и её бабки по отцу аналогичны правилам совпадения аллелей аутосомных локусов для ребенка любого пола и его биологического отца.
   Исследование в рассматриваемом случае проводится по следующей схеме:

  • типирование образцов ребенка женского пола, матери (если материал матери доступен) и предполагаемой бабушки по отцу по системе STR-локусов, лежащих на X-хромосоме;
  • анализ полученных генотипов на соответствие заявленной степени родства.

   Анализ генотипов и получение окончательного результата проводятся так же, как в случаях прямого установления отцовства.

3. Вариант, при котором возможно использование систем на основе STR-локусов, лежащих на Y-хромосоме.

В случаях, когда требуется установить отцовство в отношении ребенка мужского пола, а материал предполагаемого отца недоступен, проведение анализа возможно, если доступен материал предполагаемого деда ребенка по отцу. Такое исследование является частным случаем установления родства по мужской линии. В данном случае используется следующее правило, основанное на законах передачи генетического материала -
Y-хромосома, ребенок мужского пола: гаплотип ребенка всегда совпадает с гаплотипом деда по отцу.
   Рассмотрим родословную, изображенную на Рис. 31. Поскольку сын получил Y-хромосому от отца, а тот, в свою очередь, от деда (красные стрелки на рисунке), то гаплотипы сына и деда по Y-хромосоме должны совпадать.

Исследование в рассматриваемом случае проводится по следующей схеме:

  • типирование образцов ребенка мужского пола и предполагаемого деда по системе STR-локусов, лежащих на Y-хромосоме;
  • анализ полученных гаплотипов на совпадение по всем исследованным локусам.

   В случае, когда гаплотипы по всем проанализированным локусам совпадают, это не является 100%-ным доказательством того, что заявленный дед является родителем истинного биологического отца ребенка, так как существует, хотя и небольшая, вероятность того, что выявленные совпадения гаплотипов обусловлены случайностью. Поэтому, перед тем как сделать положительный вывод о родстве, всегда производится оценка его достоверности, основанная на данных популяционной генетики о частоте встречаемости различных гаплотипов.
   Несовпадение гаплотипов по определенному локусу может быть обусловлено не только тем, что предполагаемый дед не приходится родителем биологическому отцу ребенка, но также по причине того, что у деда или биологического отца ребенка произошла мутация. Поэтому вывод об исключении родства делается только тогда, когда несовпадение гаплотипов наблюдается по нескольким локусам. В Центре Молекулярной Генетики вывод об исключении родства делается только тогда, когда несовпадение гаплотипов Y-хромосомы наблюдается по двум или более локусам.

Установление родства в общем случае

   Далее описан подход к установлению более удаленных, чем были описаны выше, степеней родства с помощью типирования по аутосомным маркерам. Для дальних степеней родства наличие у родственников в генотипах по аутосомным локусам совпадающих аллелей не является обязательным. Несмотря на это, для родственников наличие в генотипах по аутосомным локусам совпадающих аллелей более вероятно, чем для неродственных лиц, что позволяет использовать подход, основанный на вычислении условных вероятностей.

   Исследование родства в данном случае проводится по следующей схеме:

  • типирование исследуемых лиц по аутосомным STR-локусам;
  • вычисление на основе популяционных данных о частоте аллелей исследуемых локусов, отношения правдоподобий LR, то есть отношения вероятности наблюдать выявленные генотипы при условии, что исследуемые лица являются родственниками определенной степени родства, к вероятности наблюдать выявленные генотипы при условии, что исследуемые лица не являются родственниками;
  • вычисление вероятности родства.

   Если вероятность родства достигает требуемого уровня достоверности, то делается заключение об истинности родства. Если вероятность родства не достигает требуемого уровня достоверности, то либо проводится анализ дополнительных локусов, либо делается вывод о невозможности дать обоснованное заключение.