| 词条 | DNA指纹分析 |
| 释义 | § 概述 DNA指纹图谱 将个体的染色体DNA用限制性内切酶消化，分离得到不同大小的DNA片段，再以重复序列中的共有序列作为核酸探针进行杂交，对所得到不同生物个体相似DNA片段的带型图谱(即DNA指纹图谱，对每一个体都是独特的)进行分析的方法。该技术能揭示并比较生物个体间关系的密切程度，有效地应用于遗传分析、法医和亲子鉴定等。 § 基本原理 DNA指纹图谱 人类基因组DNA中贮存着可供正常生存和遗传的信息，这些信息以基因、密码的形成排列组合在DNA分子之中，其中能够制造蛋白质的基因约有8万个。DNA由以碱基、核糖和磷酸构成的核苷酸长链组成，核苷酸排列方式叫序列，即一级结构。DNA序列中存在三种类型：单拷贝序列、中等程度重复序列和高度重复序列。重复序列就是一种序列在DNA分子中重复出现几百次、几千次、几万次甚至百万次，它们约占DNA总序列的3～4％。每个重复序列在300个核苷酸长度之内，由于高度重复序列经超离心后，以卫星带出现在主要DNA带的邻近处，所以也被称为“卫星DNA”。卫星DNA中的重复序列单元则称为“小卫星DNA”。 “小卫星DNA”具有高度的可变性，不同个体彼此不同。但“小卫星DNA”中有一小段序列则在所有个体中都一样，称为“核心序列”。如果把核心序列串联起来作为分子探针，与不同个体的DNA进行分子杂交，就会呈现出各自特有的杂交图谱，它们与人的指纹一样，具有专一性和特征性，因人而异，因此被称作“DNA指纹”(DNA fingerprint)。 [1] § 发现过程 1984年英国莱斯特大学的遗传学家Jefferys及其合作者首次将分离的人源小卫星DNA用作基因探针，同人体核DNA的酶切片段杂交，获得了由多个位点上的等位基因组成的长度不等的杂交带图纹，这种图纹极少有两个人完全相同，故称为"DNA指纹"，意思是它同人的指纹一样是每个人所特有的。DNA指纹的图像在X光胶片中呈一系列条纹，很像商品上的条形码。DNA指纹图谱，开创了检测DNA多态性（生物的不同个体或不同种群在DNA结构上存在着差异）的多种多样的手段，如RFLP（限制性内切酶酶切片段长度多态性）分析、串联重复序列分析、RAPD（随机扩增多态性DNA）分析等等。各种分析方法均以DNA的多态性为基础，产生具有高度个体特异性的DNA指纹图谱，由于DNA指纹图谱具有高度的变异性和稳定的遗传性，且仍按简单的孟德尔方式遗传，成为目前最具吸引力的遗传标记。 § 特点 DNA 指纹图谱具有以下3 个基本特点： 多位点性 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。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。由于大部分杂合小卫星位点，仅一个等位基因出现在图谱的可分辨区内（两个等位基因由于重复单位、重复次数不同，在长度上差异很大），因而每条可分辨图带代表一个位点。很多的研究表明，个体DNA 指纹图谱中的带很少成对连锁遗传，所代表的位点广泛地分布于整个基因组中一个传统的RFLPs 探针一次只能检测一个特异性位点的变异性，所产生的图谱一般由l～2 条带组成，仅代表一个位点。因此两者比较而言，DNA指纹图谱更能全面地反映基因组的变异性。 高变异性 DNA 指纹图谱的变异性由两个因素所决定，一是可分辨的图带数，二是每条带在群体中出现的频率。DNA 指纹图谱反映的是基因组中高变区，由多个位点上的等位基因所组成的图谱必然具有很高的变异性。DNA 指纹图谱在个体或群体之间表现出高度的变异性，即不同的个体或群体有不同的DNA 指纹图谱。一般选用任何一种识别4 个碱基的限制性内切酶，这种变异性就能表现出来。Jeffreys 等 对人的DNA 指纹图谱的研究表明，DNA 指纹图谱中的大部分谱带都以杂合状态存在，平均杂合率大于70％，某些大片段的杂合率甚至高达100％。用探针33.15 进行DNA 指纹分析时，发现两个无血缘关系的个体具有相同DNA 指纹图谱的概率仅为3× 10－11；而将探针33.15 和33.6 产生的DNA 指纹图谱综合起来分析时，则这种概率为5×10－19，可见DNA 指纹图谱具有高度的个体特异性。但是，同卵双胞胎的DNA 指纹图谱是相同的，因其有完全相同的基因组）。值得注意的是，由于琼脂糖凝胶电泳分辨率的限制，DNA 指纹图谱大片段区域的变异性往往很高，而小片段区域的变异性则很低，因此在实际操作时往往将小于 2kb 的小片段跑出胶外或不作统计。 简单而稳定的遗传性 Jeffreys 等通过家系分析表明，DNA 指纹图谱中的谱带能够稳定地从上一代遗传给下一代。子代DNA 指纹图谱中的每一条带都能在其双亲之一的图带中找到，而产生新带的概率（由基因突变产生）仅在0.001～0.004 之间。DNA 指纹图谱中的杂合带遵守盂德尔遗传规律，双亲的各图带平均传递给50％的子代。DNA 指纹图谱还具有体细胞稳定性，即用同一个体的不同组织如血液、肌肉、毛发、精液等的DNA 做出的DNA 指纹图谱是一致的，但组织细胞的病变或组织特异性碱基甲基化可导致个别图带的不同。[2] § 应用 法医鉴定 在刑事案件中的应用 在法医学上，如果确定某人是嫌疑犯，则可提取其血样或毛发的DNA，做出DNA指纹，然后由犯罪现场残留的血、精液、唾液、痰液、毛发、骨骼或其他肉体成分提取的DNA指纹相对照。若两者一样，则称其指纹相配，证明该嫌疑犯就是作案的罪犯，反之则否。通常进行上述指纹相配的签定叫“配型”工作。 亲子鉴定 在亲子鉴定中的应用 自从杰弗里斯等人于1985年首次对一起移民纠纷中的母子关系作出肯定鉴定以来，用DNA 指纹术进行亲子鉴定已有近10年的历史了。代表性的报道有：在一起无名尸的鉴定过程中，专家们将提取到的腐尸残血中的DNA，和假定受害人双亲的DNA进行DNA指纹鉴定后，成功地对这具无名尸的人身作出了鉴定。在常规血清学检验不能对亲子关系作出肯定结论的情况下，采用DNA 指纹术便可轻易地作出结论。 遇难者辨识 空难事故受难者残骸鉴定 通常在空难受害者残骸的鉴定过程中，单纯依靠法医学和常规法血清学检验，是很难对所有遇难人员的残骸加以区分的。因此，在常规手段行不通时，再采用DNA 指纹术实为一种最佳选择。 人种、性别鉴定 人种、性别鉴定 英国内政部中央研究局研究表明，DNA 指纹术可在相当大程度上用于人种鉴定，并测出白种人和非洲黑人的DNA多态片段及它在特定范围内的出现频率，具有种属代表性。有人对长达20年的陈旧血迹中的降解DNA进行了性别鉴定，并在人、兽的区分鉴定中取得成功。 其它方面的应用 鉴别双胞胎是异卵双生还是同卵双生，只需比较一下两者的 DNA指纹图即可。 DNA指纹术也可用于器官移植的配型试验，以便筛选出最佳供体。 肿瘤细胞DNA指纹，因其染色体丢失或异常的扩增而与正常体细胞不同。因此，肿瘤DNA 指纹的改变可用作肿瘤发生和发展的标志。 在盗杀和偷捕野生动物的案件中，用不同的DNA 指纹术，对遗弃在野外的残余动物组织、市场上出售的动物组织，以及盗猎者冰箱中的动物组织进行分析，可对被盗杀的动物进行鉴定。 DNA指纹术的应用领域很广泛，尤其在司法鉴定中有着独特而权威的应用。 § 法医学应用流程 采取样本 将送检的各种生物学检样，如毛发、血痕、精斑、人体组织或白骨等，把其中所含的DNA 提取出来。 限制性酶切 选用与探针配对的限制性核酸内切酶，在长链DNA 位置上加以切割，使分子量很大的DNA 长链切短成许多长度不同的小片段。 电泳 在胶板尺寸较长的凝胶电泳仪中，对酶解完全后的DNA 片段进行电泳，各酶切片段就会按其长度大小在电场中进行分离。 转膜 先用碱性溶液使凝胶板中分离开的双链DNA 片段变性为单链片段，然后将凝胶板夹在尼龙膜中，使这些单链DNA 片段印溃(blot-ting)，转移并永久性地固定在尼龙膜上。 杂交 让放射性DNA探针与尼龙膜上的单链DNA片段进行分子杂交。 显影 用放射性胶片与尼龙薄膜叠放，尼龙膜上的放射性探针便会发出X 射线使胶片曝光，从而使杂交有探针的长度不同的DNA片段位置显影在胶片上。这样的特征 DNA片段条状图谱，便是所谓的DNA指纹。 § 首次法医应用 1986年的秋天，英国累斯特远郊的警察拘捕了一名涉嫌先后奸杀两名少女的嫌疑犯。警方向杰弗里斯教授提供了从两名受害人身上采集到的精斑和阴道拭子。经过DNA 指纹术分析后，杰弗里斯提出的鉴定报告是两名受害人处的精斑均来自同一人，但决非是已被拘捕的青年的。此后，警方用去了50万英磅的办案经费，借助DNA 指纹术将真正的罪犯抓捕归案。 § 存在的质疑 有科学家指出DNA指纹分析技术并不能作为犯罪调查的绝对可靠工具。因为专家对DNA指纹采样的解释具有很高的主观性，以至于有着错误倾向。美国FBI刑事犯罪研究室的17位专家曾经对一个轮奸案件的DNA样本进行分析，但却得出了不同的结论，其中只有一位科学家得出了确定的结论，其他的科学家得出的结论为不确定或者犯罪可能性排除。这同时也引起了人们对DNA指纹分析技术的质疑。英国伦敦大学学院的一位科学家表示，DNA分析员必须清楚的看到，人的主观性在特定的条件下很容易影响自己的工作。美国的一位律师表示，人们被囚禁还是获得自由如果只凭借DNA分析员的主观推断，是件很不公平的事情。如果要在8000个人当中找到两个DNA指纹相同的人，几率是十亿分之一。所以大多数人仍然很依赖并且信任血液和唾液DNA样本分析。[3] |
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