DNA指纹技术的具体应用

DNA指纹技术的具体应用

1、医学方面：DNA指纹技术具有许多传统法医检查方法不具备的优点。它在人类医学中被用于个体鉴别、确定亲缘关系、医学诊断及寻找与疾病连锁的遗传标记;在动物进化学中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，也有区分同一物种不同品系的潜力。在作物的基因定位及育种上也有非常广泛的应用。

2、生物学方面：DNA指纹技术能够从DNA分子水平给每个玉米品种一个"身份证号码"，以其准确可靠、简单快速、易于自动化的优点越来越多的应用于品种管理。

Y-STR方法首次成功应用！它“神”在哪儿？

近日，悬而未决的甘肃白银系列强奸杀人案件宣布成功告破，真凶高承勇这个系列杀人狂终于在逍遥法外28年之久后被捕归案。公安机关最后缉捕真凶的技术简称为Y-STR技术。帮助据信该技术是我国在破解疑难悬案方面的首次成功应用。那么这个技术到底“神”在哪儿？

何为Y-STR技术？

Y-STR的中文意思为Y-染色体DNA连续重复片段，是英文Y-ChromosomeShort Tandem Repeat的缩写。该技术就属性而言是一种人类个体遗传基因的检测和识别技术。要搞清楚它“神”在哪儿，首先要知道它具体是怎么一回事儿。这还得从什么是STR，即DNA连续重复片段说起。

STR（ShortTandem Repeat）就是大家可能听说过的DNA指纹。生物遗传基因在其DNA序列上存在两个或三个碱基连续多次重复的现象，简称为STR。大家知道我们人类的遗传基因DNA在化学上由脱氧核糖核酸组成，单个碱基通常被A、G、C或T这四个字母表示。实际上，地球所有生物的遗传基因在AGCT碱基构成层面是完全一样的，所不同的是每一个物种的碱基排列顺序不一样。开始于上世纪80年代的人类基因组计划的直接目标就是准确给出这些核苷碱基的排列顺序，人类基因组的序列已经准确测出，碱基总数30亿个左右，分布在23条染色体上。上世纪70年代科学家就发现，几乎所有高等生物的DNA序列中广泛分布着简单串联重复序列，如CACACA，或GACGACGAC，少则串联十几次，多则上百次。有趣的是这些串联重复序列（学术上也叫微卫星）的确切生物学功能至今未知，不少科学家至今仍在潜心研究并先后提出了多种假说。然而，科学家很快发现这些简单重复序列的重复次数在个体间变异幅度很大，甚至同一基因位点在同一家庭兄弟姐妹间就有差异，成为区分个体的重要遗传标志。这种碱基水平的差异可能与DNA在复制时这个区段容易出现滑动错误有关，变异程度相对最高。歪打正着，在实践中非常有用的DNA指纹技术从此诞生了。科学家后来发现，不仅人类，几乎全部高等动物和植物都有这类DNA序列重复。DNA指纹作为一种精确的基因位点识别技术现在被广泛应用于人类、动物、植物物种或品种标记或识别，在公安破案上已经被越来越多地应用。

而Y-STR则特指仅存在于人类男性体内Y-染色体DNA上的简单重复序列。人类除了有22对常染色体，还有一对决定性别的性染色体，即X染色体和Y染色体。男性的性染色体配对是XY型，女性是XX型。人类个体的性别在精子与卵子结合的那一刹那间被决定。受精时如果一个含Y染色体的精子攻入一个卵子，这个受精卵将会发育成男孩，反之一个X精子与一个卵母细胞结合则会是女孩。说到这里大家就知道了，原来Y-STR技术是一种专用于识别男性或雄性个体的DNA指纹技术。这项技术神就神在它能够以极其高的准确概率识别样本中（组织、细胞、血液、体液、头发、甚至指纹）的Y-STR重复状态，只要有对比资料，就能科学无误地判定二者是否为同一个体。

神奇之处：Y-STR在公安破案中可以大幅缩小破案范围至犯罪嫌疑人的父系家族

Y-STR神奇的地方就在于公安破案中可以大幅缩小破案范围至犯罪嫌疑人的父系家族。Y-染色体只传男性不传女性。同一父系家族的直系父子或旁系兄弟之间，Y-STR通常变化极小或没有变化，其变异率远远低于非同系男性之间，这就为依赖Y-STR分型锁定范围提供了科学依据。实际上，甘肃白银案就是靠犯罪嫌疑人堂兄因盗窃犯罪留下的Y-STR证据与上述白银案犯罪现场获得的同类证据资料对比而找到真凶的。因为在锁定的高姓嫌疑人中，唯有真凶高承勇有作案条件。在我们国家还没有建立起高覆盖率的DNA指纹库，特别是Y-STR库之前，这不能不说是神奇或幸运，具备一定的偶然性。

当然除了Y-STR技术，与之平行的还有人体指纹和相貌特征识别技术，包括人眼瞳孔识别技术也是非常有用的精确个体识别技术。这些技术除了公安破案，在其他如人员特定场所出入、保安、保密、资格认定、救援辨别等已经在开始实际应用，可以大大提高效率。这些技术的综合应用非常有助于提高公安案件侦破效率，有效弥补单一技术数据库容量不足的缺陷。可以设想，如果一个国家建立起一个全民覆盖的这类数据库，绝大多数需要个体识别的各类公安或非公安案件几乎可以在资料对比的瞬间得到科学答案。   

编辑：纪阿黎

（专家：马润林，中国遗传学会专家、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、博士、博士生导师，文章来自科普中国头条创作与推送）

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DNA指纹技术

DNA指纹指具有完全个体特异的dna多态性，其个体识别能力足以与手指指纹相媲美，因而得名。可用来进行个人识别及亲权鉴定，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"。
　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，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。

DNA技术在法医学上的应用

DNA（脱氧核糖核酸）分析应用于法医学鉴定是近十年来的事，目前发现的DNA多态位点越来越多，分析技术越来越精巧、简便、快速、经济，实用。世界上有120多个国家和地区已应用DNA分析技术办案，解决刑事（如杀人、强奸）、民事（亲子鉴定）纠纷问题，以及追查尸体身源，包括战争及大型灾难中落难者的个人识别等，个人同一认定接近100%。DNA分析的法医学应用使以往只能检测基因编码的酶或蛋白质水平飞跃到直接检查基因的分子水平，是法学物证检验史上的一场重大的革新。1985年，Mullis发明了聚合酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）,使DNA的体外复制变成了现实。1988年，Saiki 等将耐热DNA聚合酶引入PCR，提高了扩增反应的特异性和效率，简化了操作程序，并实现了DNA扩增的自动化，迅速的推动了PCR的应用和普及。PCR能够在体外快速、特异性的扩增靶DNA，已成为当今最重要的分子生物学技术之一。法医物证应用PCR技术扩增人类基因组DNA中高度多态性位点，扩增产物经过片段长度多态性分析或序列多态性分析研究不同个体间DNA分子水平上的差异及其遗传规律，在个人识别、亲子鉴定中发挥了重要作用。由于PCR能够在短时间内扩增靶DNA至百万拷贝，使生物性检材鉴定的灵敏度得以空前的提高，特别是STR- PCR复合扩增技术，它的个别识别率可达到百亿分子一，灵敏度达到0.1ng DNA即1ul血斑，非常适用于微量及腐败物证的检验。继DNA指纹后，PCR被誉为第二代DNA分型技术，短短几年中，PCR技术已在法医物证鉴定中迅速得以推广和应用。