Painel de marcadores InDel autossômicos para inferência de ancestralidade humana em genética forense

A genética forense evoluiu bastante ao longo do século XX, passando de marcadores de grupos sanguíneos a técnicas modernas de tipagem de DNA. Nesse percurso, os VNTRs deram lugar aos STRs, que se tornaram o padrão-ouro da identificação humana. Com o avanço das tecnologias de sequenciamento, SNPs e InDels passaram a ser explorados como complementos ou alternativas aos STRs. Os SNPs, embora informativos, são bialélicos e sua análise por eletroforese capilar (EC) é bastante complexa, método consolidado nos laboratórios forenses. Os InDels, por sua vez, combinam compatibilidade com a EC, baixa ocorrência de artefatos e bom desempenho em amostras degradadas. Quando múltiplos InDels próximos são analisados em conjunto, formando micro-haplótipos (multi-InDels), obtêm-se perfis multi-alélicos com maior poder de discriminação individual e maior resolução populacional, características especialmente relevantes para a inferência de ancestralidade genômica. A inferência de ancestralidade é uma ferramenta complementar nas investigações forenses, permitindo estimar a origem étnica de um indivíduo a partir de vestígios biológicos, o que pode orientar a busca por suspeitos quando não há perfis para comparação. Para isso, utilizam-se os chamados AIMs (Ancestry Informative Markers), marcadores selecionados com base em métricas como o FST, um índice que quantifica a diferenciação alélica entre populações. No contexto brasileiro, marcado por elevada miscigenação, com contribuições europeias, africanas, indígenas e asiáticas, a necessidade de painéis de AIMs adaptados a essa diversidade torna-se particularmente relevante. Partindo desse cenário, este trabalho teve como objetivo desenvolver um novo painel de marcadores InDels, únicos ou formando micro-haplótipos, voltado para a inferência de ancestralidade genômica. Em seguida, integrá-lo ao kit forense de identificação humana GeMBio, composto por 28 marcadores multi-InDels autossômicos atualmente em desenvolvimento. A estratégia metodológica baseou-se na análise computacional dos dados do Projeto 1000 Genomas, utilizando scripts personalizados para identificar regiões candidatas com padrões de frequência alélica altamente diferenciados entre populações africanas, europeias, americanas, leste-asiáticas e sul-asiáticas. Após etapas de pré-processamento, genotipagem e avaliação de diversos parâmetros, foram selecionados 16 AIMs. A avaliação de desempenho comparou três painéis: o painel de referência com 83 SNPs AIMs (SNPforID 34-Plex, Eurasiaplex e PIMA), o kit GeMBio com seus 28 marcadores de identificação humana e o painel combinado GeMBio + 16 AIMs selecionados. A inferência de ancestralidade foi realizada com o software Structure. Os resultados demonstraram que o kit GeMBio, embora eficaz na identificação humana, apresentou limitações na distinção entre indivíduos europeus e sul-asiáticos. A incorporação dos 16 novos AIMs aprimorou significativamente a precisão das estimativas, aproximando o desempenho do painel combinado ao do conjunto de 83 SNPs de referência. Os resultados reforçam que os InDels, isolados ou organizados em micro-haplótipos, possuem potencial real para a inferência de ancestralidade genômica em contextos forenses, oferecendo informações biogeográficas detalhadas compatíveis com os fluxos de trabalho laboratoriais já estabelecidos. A integração desses marcadores ao kit GeMBio representa um avanço concreto no desenvolvimento de ferramentas forenses adaptadas à complexidade genética da população brasileira

Abstract (english)

Forensic genetics has undergone substantial development over the last century, evolving from blood group markers to modern DNA typing technologies. During this process, VNTRs were progressively replaced by STRs, which became the standard markers for human identification. More recently, advances in sequencing technologies have expanded the use of SNPs and InDels as complementary or alternative forensic markers. Although SNPs are highly informative, their biallelic nature and the complexity of capillary electrophoresis-based analysis limit their routine forensic application. InDels, in contrast, are compatible with capillary electrophoresis workflows, generate fewer amplification artifacts, and perform well with degraded DNA samples. When closely linked InDels are analyzed jointly as microhaplotypes (multi-InDels), they produce multiallelic profiles with increased discriminatory power and improved population resolution, features that are particularly relevant for genomic ancestry inference. Ancestry inference represents an important auxiliary tool in forensic investigations, allowing the estimation of an individual’s biogeographical origin from biological evidence when reference profiles are unavailable. This approach relies on ancestry informative markers (AIMs), selected according to population differentiation metrics such as FST. In highly admixed populations, such as the Brazilian population, which presents European, African, Native American, and Asian genetic contributions, the development of ancestry panels adapted to this complex demographic background is especially important. In this context, the present study aimed to develop a novel panel of InDel markers, either isolated or organized as microhaplotypes, for genomic ancestry inference and to integrate these markers into the GeMBio forensic human identification kit, currently composed of 28 autosomal multi-InDel markers. Candidate regions were identified through computational analyses of data from the 1000 Genomes Project using custom scripts designed to detect loci with highly differentiated allele frequency distributions among African, European, American, East Asian, and South Asian populations. After preprocessing, genotyping, and marker evaluation steps, 16 AIMs were selected. Performance analyses compared three marker sets: a reference panel containing 83 AIM-SNPs (SNPforID 34-Plex, Eurasiaplex, and PIMA), the GeMBio kit with its 28 identification markers, and the combined GeMBio + 16 AIMs panel. Ancestry inference analyses were performed using the STRUCTURE software. The results demonstrated that, although the GeMBio kit showed satisfactory performance for human identification, it presented limitations in distinguishing European and South Asian individuals. The incorporation of the 16 selected AIMs substantially improved ancestry estimation accuracy, resulting in performance comparable to that obtained with the 83-SNP reference panel. These findings demonstrate that InDels, either individually or organized as microhaplotypes, represent promising markers for forensic ancestry inference, providing detailed biogeographical information while remaining compatible with established forensic laboratory workflows. The integration of these markers into the GeMBio kit represents an important step toward the development of forensic tools adapted to the genetic complexity of the Brazilian population.

Keywords

Ancestralidade , InDels , Genética forense , Bioinformática , Micro-haplótipos

Language

Portuguese

Citation

TOLOI, João Victor Hamamura. Painel de marcadores InDel autossômicos para inferência de ancestralidade humana em genética forense. 2026. Dissertação (Mestrado em Genética) - Instituto de Biociências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2026.