10.1 DNA指纹与个体识别在线视频

DNA指纹技术 相信这个名称

同学们并不陌生

那么今天我们就来仔细地看一下

DNA指纹技术的具体原理和应用

基因组中不同遗传位点的等位基因

经过内切酶消化后通过电泳

按照其片段长度分离

经过染色或探针标记显影后

呈现类似条形码的带谱

类似我们的指纹一样具有个体特异性

因此称为DNA指纹

从理论上来讲

所有在人群中具有高度多态的遗传位点

都可以用于制作

具有高度个体特异性的DNA指纹图谱

例如 限制性内切酶片段长度多态性

串联重复序列

随机扩增多态性DNA等

这些遗传位点具有高度的多态性

同时按孟德尔方式遗传

早期的DNA指纹大多是

基于限制性片段长度多态性

我们的基因组DNA

可以被各种不同的限制性内切酶水解

如果DNA序列是一定的

则某种限制性内切酶水解产生的片段也是一定的

如果多态性位点正好影响了酶切位点

那么酶切后的DNA片段长度也会变化

酶切后的基因组DNA片段经过电泳分离

再转移至硝酸纤维膜上

然后再和标记的探针杂交

最后经过显影就会形成DNA指纹图谱

不同个体之间由于限制性片段长度多态

会形成个体特异性的DNA指纹

后来 常被用作DNA指纹分析的多态性遗传位点

为短的串联重复序列STR

大多数重复序列有一个

大约几个到几十个核苷酸的核心序列串联重复而成

也称为小卫星或微卫星

这些重复序列由于在人群中的重复次数不同

而呈现高度的多态

基因组中存在着上千个小卫星位点

某些位点的小卫星重复单位

含有相同或相似的核心序列

基因组DNA同样经过内切酶消化后

在一定的杂交条件下

一个小卫星探针可以同时与十几个

甚至几十个小卫星位点上的 等位基因杂交

一般来说

一个 DNA 指纹探针(又称多位点探针)

产生的某个个体 DNA 指纹图谱

由 10~20 多条肉眼可分辨的图带组成

在1985 年

由英国来斯特大学遗传系的Alec Jeffreys

及其同事在《Nature》杂志上报道了

他们对人体基因组高变区的突破性研究

他们使用的就是一个多位点探针

他们用肌红蛋白基因第一个内含子中的

一个重复核心片段长度为33bp的小卫星作探针

从人的基因文库中筛选出

8个含有相同或类似的串联重复序列的重组克隆

经序列分析 发现每个克隆

都含有一个长 200~2000bp

由重复单位重复3~29 次组成的小卫星DNA

这8个小卫星位于基因组内不同位点

其重复单位的长度(16~64bp)和序列不完全相同

但都含有一段相同的核心序列

GGGCAGGAA

推测是由于基因组内的转座而形成

接下来他们构建了一个由16bp重复单位

重复29次

再加上128bp的侧翼序列而成的

592个碱基的探针33.15

与人基因组hinfI酶切片段进行 Southern 杂交

在低严谨条件下杂交

产生由 10 多条带组成的杂交图谱

反映了这个重复序列

存在于在基因组内多个位点

以及它们的高度多态性

不同个体之间杂交图谱上的条带

完全相同的可能性极低

因此Jefferys首先将DNA 指纹技术

应用于法医鉴定

在1989年该技术也正式获得美国国会批准

作为正式法庭物证手段

由于琼脂糖凝胶电泳分辨率的限制

在DNA指纹图谱上

如果某两条带的位置相差很小

那么就很难判断它们是否

是来自同一位点上的同一等位基因

使用多位点探针进行DNA指纹鉴定时

由于大部分杂合小卫星位点

仅有一个等位基因出现在图谱的可分辨区内

因而一般来说

每个条带就代表了一个遗传位点

然而也正因为如此

对于某一个位点来说

往往只有一个等位基因

出现在 DNA 指纹图谱上

因此无法根据 DNA指纹图谱

确定个体在该位点上的基因型

相反有些杂合位点也可能

在DNA指纹图谱上拥有两条带

代表了同一个位点上的不同等位基因

这些都增加了多位点探针DNA指纹分析的难度

因此人们也越来越多地使用单位点探针

所谓单位点探针

是指特异性与某一位点上的等位基因杂交的探针

D1S80就是一个常用的单位点DNA指纹分析位点

它是一个位于1号染色体上的VNTR

该位点由一个16个碱基的核心片段重复序列组成

重复次数多在14至41次之间

极少数个体可见大片段重复

由于在法医学上

往往只能获得极其微量的生物样本

例如血液 毛发等

因此结合PCR技术

针对STR位点两侧的侧翼序列

设计引物扩增目的片段

利用这种方法 往往可以从极低的DNA

甚至是单个DNA分子中检测目的基因

D1S80位点在人群中呈现高度的杂合状态

大约80%左右的个体都是杂合子

可以根据群体每一种等位基因的频率

计算出相应的基因型频率

进而计算出两个无关的个体

具有相同的基因型的概率

显然 在进行鉴定时

使用的STR位点越多

那么无关个体出现

相同DNA指纹图谱的可能性就越低

最终低至没有现实可能性

这就是在法医学上基于DNA指纹分析

进行个体识别的理论基础

目前 常用的用于个体识别的CoDIS系统

使用基因组内的13个STR位点

通过多重PCR扩增和毛细管电泳

来进行DNA指纹分析

在2017年以后

FBI将CoDIS系统所使用的STR位点扩展到20个

有兴趣了解更多的同学可以参考相应的网站

由于 DNA 指纹具有多位点性

高变异性 简单而稳定的遗传性

这项技术被广泛的用于个体识别和亲子鉴定

另外 在动物进化学中DNA指纹

可用于探明动物种群的起源及进化过程

在物种分类中

可用于区分不同物种或者同一物种不同品系

有关这项技术更广泛的应用

我们可以在课后进一步讨论

今天的课我们先上到这里 谢谢大家