La caratterizzazione di varianti molecolari rappresentate da marcatori Y-STRs (delezioni, duplicazioni o mutazioni) riveste un ruolo fondamentale in molti aspetti della genetica forense, tra cui l’identificazione di soggetti di sesso maschile, gli studi di genealogia ed evoluzionistici. A differenza delle prime due, caratterizzate da tassi di mutazione molto bassi, le mutazioni di singole unità ripetute dipendono da peculiarità intrinseche a ciascun marcatore (si veda la complessità del locus), si verificano con una frequenza più elevata e possono rivelarsi popolazione-specifiche. L’acquisizione di stime precise circa i tassi di mutazione per ciascun marcatore è quindi necessaria al fine di operare un’attenta scelta dei loci con cui implementare le metodiche utilizzate in genetica forense, minimizzando gli errori nelle indagini di paternità e nell’identificazione individuale, e contemporaneamente conducendo ai massimi livelli il potere di discriminazione del pannello utilizzato. In parallelo, la caratterizzazione di “pattern” anomali nei loci Y-STR è d’importanza primaria per una corretta interpretazione dei profili genetici: tali eventi potrebbero infatti essere considerati evidenza di complessi riarrangiamenti genici occulti che in grado di modificare la struttura stessa del cromosoma. Tali variazioni sono generalmente trasmesse lungo le generazioni senza modificazioni di entità rilevabile e sono pertanto associabili a specifici aplogruppi del cromosoma Y. Considerando tutti questi aspetti, si può ottenere una più completa visione d’insieme delle variazioni strutturali presenti nel cromosoma Y, prendendo in considerazione anche il background genetico della popolazione di riferimento e della sua storia. Ciò rende a sua volta possibile la costruzione di aplotipi del cromosoma Y altamente informativi, i quali si rivelano spesso essere essenziali per una corretta interpretazione dei profili Y-STR in genetica forense.

The characterization of molecular variants at Y-STR markers (deletions, duplications or mutations) is fundamental for many aspects of forensic genetics, including male identification, genealogy and evolutionary studies. While the first two types (deletions and duplications) possess much lower mutation rates, differently, repeats units differences are dependent on intrinsic properties of each Y-STR (e.g., complexity of the locus), occur with much higher frequencies and may show population-specificity. Therefore, assessment of reliable locus-specific mutation rates is needed for a careful choice of loci suitable for forensic casework, minimizing error rates in kinship analysis and sample identification while maximizing the discriminatory power. At the same time, the characterization of anomalous patterns at Y-STR loci is of primary importance for the correct interpretation of genetic profiles, and such events may suggest the existence of hidden complex rearrangements shaping the Y-chromosomal structure. Owing to the intrinsic nature of the Y-chromosome, these structural variations are generally passed along the generations without major modifications and may be potentially associated with specific Y-haplogroups. By bringing all these aspects together, a more accurate and complete overview of Y-chromosomal variation could be achieved, taking into account the population genetic background and history. This, in turn, may allow the construction of highly informative haplotypes, essential for a correct interpretation of Y-chromosomal profiles in forensic genetics.

Development and application of Y-chromosomal markers in Forensic Genetics

Caratti, Stefano
2016-01-01

Abstract

La caratterizzazione di varianti molecolari rappresentate da marcatori Y-STRs (delezioni, duplicazioni o mutazioni) riveste un ruolo fondamentale in molti aspetti della genetica forense, tra cui l’identificazione di soggetti di sesso maschile, gli studi di genealogia ed evoluzionistici. A differenza delle prime due, caratterizzate da tassi di mutazione molto bassi, le mutazioni di singole unità ripetute dipendono da peculiarità intrinseche a ciascun marcatore (si veda la complessità del locus), si verificano con una frequenza più elevata e possono rivelarsi popolazione-specifiche. L’acquisizione di stime precise circa i tassi di mutazione per ciascun marcatore è quindi necessaria al fine di operare un’attenta scelta dei loci con cui implementare le metodiche utilizzate in genetica forense, minimizzando gli errori nelle indagini di paternità e nell’identificazione individuale, e contemporaneamente conducendo ai massimi livelli il potere di discriminazione del pannello utilizzato. In parallelo, la caratterizzazione di “pattern” anomali nei loci Y-STR è d’importanza primaria per una corretta interpretazione dei profili genetici: tali eventi potrebbero infatti essere considerati evidenza di complessi riarrangiamenti genici occulti che in grado di modificare la struttura stessa del cromosoma. Tali variazioni sono generalmente trasmesse lungo le generazioni senza modificazioni di entità rilevabile e sono pertanto associabili a specifici aplogruppi del cromosoma Y. Considerando tutti questi aspetti, si può ottenere una più completa visione d’insieme delle variazioni strutturali presenti nel cromosoma Y, prendendo in considerazione anche il background genetico della popolazione di riferimento e della sua storia. Ciò rende a sua volta possibile la costruzione di aplotipi del cromosoma Y altamente informativi, i quali si rivelano spesso essere essenziali per una corretta interpretazione dei profili Y-STR in genetica forense.
Y chromosome, Forensic Genetics
The characterization of molecular variants at Y-STR markers (deletions, duplications or mutations) is fundamental for many aspects of forensic genetics, including male identification, genealogy and evolutionary studies. While the first two types (deletions and duplications) possess much lower mutation rates, differently, repeats units differences are dependent on intrinsic properties of each Y-STR (e.g., complexity of the locus), occur with much higher frequencies and may show population-specificity. Therefore, assessment of reliable locus-specific mutation rates is needed for a careful choice of loci suitable for forensic casework, minimizing error rates in kinship analysis and sample identification while maximizing the discriminatory power. At the same time, the characterization of anomalous patterns at Y-STR loci is of primary importance for the correct interpretation of genetic profiles, and such events may suggest the existence of hidden complex rearrangements shaping the Y-chromosomal structure. Owing to the intrinsic nature of the Y-chromosome, these structural variations are generally passed along the generations without major modifications and may be potentially associated with specific Y-haplogroups. By bringing all these aspects together, a more accurate and complete overview of Y-chromosomal variation could be achieved, taking into account the population genetic background and history. This, in turn, may allow the construction of highly informative haplotypes, essential for a correct interpretation of Y-chromosomal profiles in forensic genetics.
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Descrizione: PhD Thesis Caratti Stefano
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