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1、第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础DNADNA的分子生物学基础的分子生物学基础遗传学基础遗传学基础基因组的结构与功能基因组的结构与功能DNADNA多态性及其产生机理多态性及其产生机理遗传标记分类遗传标记分类DNADNA分析中的酶类分析中的酶类一、一、DNADNA的分子生物学基础的分子生物学基础1 1、DNADNA的结构的结构一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础组成组成DNADNA碱基的特点：碱基的特点： ChargaffChargaff规则规则（1
2、1）所有）所有DNADNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的克分子含量中腺嘌呤与胸腺嘧啶的克分子含量 相等，即相等，即A=TA=T，鸟嘌呤与胞嘧啶的克分子含，鸟嘌呤与胞嘧啶的克分子含 量相等，即量相等，即G=CG=C。因此，嘌呤的总数等于嘧。因此，嘌呤的总数等于嘧 啶的总数，即啶的总数，即A+G=T+CA+G=T+C；第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础（2 2）DNADNA碱基组成只有种的特异性，即不同生物碱基组成只有种的特异性，即不同生物 种的种的DNADNA具有自己独特的碱基组成；具有自己独特的碱基组成；（3 3）DNADNA碱基组成没有组织器官的特异性，任何碱基组成没有组织器官的
3、特异性，任何 组织器官的组织器官的DNADNA碱基序列均相同；碱基序列均相同；（4 4）DNADNA的碱基序列不随年龄、营养状态、环境的碱基序列不随年龄、营养状态、环境 条件的不同而改变。条件的不同而改变。第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础2 2、DNADNA的理化性质的理化性质（1 1）DNADNA的变性与复性的变性与复性 变性（变性（denaturationdenaturation）或叫熔化（）或叫熔化（meltingmelting） 热变性热变性 酸碱变性
4、酸碱变性有机溶剂变性有机溶剂变性增色效应增色效应第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础复性的速度受诸多因素的影响复性的速度受诸多因素的影响：DNADNA的浓度的浓度：DNADNA浓度直接影响到浓度直接影响到DNADNA单链之间的碰撞几率，单链之间的碰撞几率，DNADNA浓度越大，复性速度越快；浓度越大，复性速度越快；DNADNA的分子大小的分子大小：DNADNA分子越大，扩散越慢，也难形成正确分子越大，扩散越慢，也难形成正确配对，复性速度慢；配对，复性速度慢；温度温
5、度：温度过高，有利于：温度过高，有利于DNADNA变性而不利于复性；温度过变性而不利于复性；温度过低，少数碱基配对形成的局部双链不易解离，难以杂交；低，少数碱基配对形成的局部双链不易解离，难以杂交；离子强度离子强度：离子强度过低，不利于杂交，常采用：离子强度过低，不利于杂交，常采用0.150.151.0 mol/L1.0 mol/L溶液进行复性；溶液进行复性；分子的复杂性分子的复杂性：DNADNA分子越复杂，复性速度越慢。分子越复杂，复性速度越慢。 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础（2 2）粘度）粘度高分子溶液高分子溶液 普通溶液普通溶液 线形分子线形分子 不规则线团分
6、子不规则线团分子 球形分子球形分子当当DNADNA溶液因受热或在其他因素作用下发生螺旋溶液因受热或在其他因素作用下发生螺旋 线团转变时，粘度降低。所以可用线团转变时，粘度降低。所以可用粘度作为粘度作为DNADNA变性的指标变性的指标。第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础（3 3）DNADNA紫外吸收紫外吸收 核酸其最大吸收峰在核酸其最大吸收峰在260 nm260 nm处，而蛋白质处，而蛋白质在在280 nm280 nm处处 260 nm260 nm与与280 nm280 nm处吸收峰值处吸收峰值比比可以判断可以判断DNADNA样品是否样品是否纯净纯净 第一章第一章 DNA
7、DNA分型的科学基础分型的科学基础（4 4）酸碱性质）酸碱性质 磷酸分子磷酸分子连接二核苷酸连接二核苷酸当溶液的当溶液的pHpH值值高于高于4 4时，时，DNADNA呈多阴离子状呈多阴离子状态，在电场作用下带态，在电场作用下带负电负电 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础3 3、DNADNA的半保留复制的半保留复制 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础4 4、中心法则、中心法则二、二、遗传学基础遗传学基础1 1、孟德尔遗传学、孟德尔遗传学基因座基因座 等位基因等位基因 纯合子纯合子 杂合子杂合子 显
8、性基因显性基因 隐性基因隐性基因 表现型表现型 性状性状 性状分离性状分离 不完全显性不完全显性 共显性共显性 遗传连锁遗传连锁 随机分配随机分配 连锁平衡连锁平衡 连锁不平衡连锁不平衡第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础分离定律分离定律自由组合定律自由组合定律 这意味着这意味着各种不同组织各种不同组织，如血、毛发、，如血、毛发、皮肤、唾液等细胞含有相同的皮肤、唾液等细胞含有相同的DNADNA信息，个信息，个体不同组织具有体不同组织具有同一性同一性，可以提供相同的，可以提供相同的遗传信息。遗传信息。 第一章第一章 DN
9、A分型的科学基础分型的科学基础基因频率基因频率 指群体中某个基因数目与该座位等位基因总指群体中某个基因数目与该座位等位基因总数目的百分比。数目的百分比。基因型频率基因型频率 指不同基因型在全部个体中所占的比率。指不同基因型在全部个体中所占的比率。全部基因型频率的总和为全部基因型频率的总和为1 1或或100%100%。第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础基因频率的计算基因频率的计算基因频率基因频率 = = 群体中某个座位的特定等位基因的拷群体中某个座位的特定等位基因的拷贝数贝数 / / 群体中该座位所有等位基因数群体中该座位所有等位基因数两种计算方法：两种计算方法：通过获得的
10、不同基因型的数目通过获得的不同基因型的数目通过基因频率通过基因频率第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础p + q = 1例例：假设有个群体有：假设有个群体有10001000个二倍体个体，个二倍体个体，其中其中353353个为个为AAAA，494494个为个为AaAa，153153个为个为aaaa，则在此群体中则在此群体中A A与与a a的基因频率分别为多少的基因频率分别为多少？第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础解解：（1 1）当一个座位上存在两个等位基因时：）当一个座位上存在两个等位基因时： p
11、= f p = f（A A）= = （2AA2AA）+ Aa / 2+ Aa / 2个体总数个体总数 q = f q = f（a a）= = （2aa2aa）+ Aa / 2+ Aa / 2个体总数个体总数（2 2）当一个座位上存在两个以上等位基因时：）当一个座位上存在两个以上等位基因时：第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础基因型频率的计算：基因型频率的计算：纯合子的基因型频率为基因频率的平方纯合子的基因型频率为基因频率的平方杂合子的基因型频率为一对等位基因频率杂合子的基因型频率为一对等位基因频率的乘积，再乘以的乘积，
12、再乘以2第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础例例：设：设MNMN血型的基因频率为血型的基因频率为m m及及n n，m=0.486m=0.486，n=0.514n=0.514，计算各基因型的频率。，计算各基因型的频率。第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础解：解： mm = m mm = m2 2 = 0.486= 0.4862 2 = = 0.23620.2362 mn = 2mn= 20.4860.514 = mn = 2mn= 20.4860.514 = 0.49960.4996 nn = n nn = n2 2 = 0.514= 0.5142 2 =
13、 = 0.26420.2642MNMN血型基因频率之和血型基因频率之和 = = mm + 2mn + nn = 0.2362 + 0.4996 + 0.2642 mm + 2mn + nn = 0.2362 + 0.4996 + 0.2642 = = 1 1第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础2 2、群体遗传学、群体遗传学 主要是研究人群中基因及基因型的结主要是研究人群中基因及基因型的结构、分布、变化以及在逐代传递中能够对构、分布、变化以及在逐代传递中能够对其产生影响的各种因素。其产生影响的各种因素。第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础遗传多态性遗传多态
14、性 指在同一个群体中，同一个基因座上存在指在同一个群体中，同一个基因座上存在有两个或两个以上的、由遗传决定的不同等位有两个或两个以上的、由遗传决定的不同等位基因的现象。基因的现象。多态平衡现象多态平衡现象（balanced polymorphism） 基因突变基因突变杂合优势杂合优势遗传多态遗传多态第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础Hardy-WeinbergHardy-Weinberg定律定律 亦称哈德亦称哈德- -温勃格平衡、温勃格平衡、HWHW定律定律三个条件三个条件：群体无限大群体无限大群体中个体之间的交配必须是随机的群体中个体之间的交配必须是随机的没有进化压力没
15、有进化压力第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础三个基本点三个基本点：等位基因的频率世代相传不会改变等位基因的频率世代相传不会改变 二项式展开式得到平衡的基因型频率，而且也不二项式展开式得到平衡的基因型频率，而且也不改变改变 只需通过一个世代的随机交配就能达到基因型频只需通过一个世代的随机交配就能达到基因型频率的平衡率的平衡 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础 基因频率与基因频率与基因型频率基因型频率的关系的关系重要特性重要特性：当等位基因当等位基因A A和和a a的频率均为的频率均为0.50.5时
16、，杂合子达到其最大值为时，杂合子达到其最大值为0.50.5当等位基因当等位基因A A和和a a的频率逐渐偏离的频率逐渐偏离p=q=0.5p=q=0.5时，杂合子的频率时，杂合子的频率逐渐减小逐渐减小当等位基因当等位基因A A或或a a的频率极低时，它主要以杂合子的状态存在的频率极低时，它主要以杂合子的状态存在当一个等位基因的频率降低时，另一个等位基因的纯合子频当一个等位基因的频率降低时，另一个等位基因的纯合子频率升高率升高第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础X-X-连锁等位基因的平衡连锁等位基因的平衡影响因素：影响因素
17、：突变（突变（mutationmutation）等位基因改变的等位基因改变的潜在力量潜在力量突变率突变率突变是所有新遗传变异的突变是所有新遗传变异的来源来源突变是通过突变是通过改变等位基因的频率改变等位基因的频率来破坏平衡，促进进化的来破坏平衡，促进进化的正向突变（正向突变（forward mutationforward mutation）回复突变（回复突变（reverse mutationreverse mutation）第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础自然选择自然选择适合度（适合度（fitnessfitness）选择系数（选择系数（selection coeffic
18、ientselection coefficient） S S选择压力（选择压力（selection pressureselection pressure）突变压力（突变压力（mutation pressuremutation pressure）第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础对显性基因的作用对显性基因的作用对隐性基因的作用对隐性基因的作用对对X-X-连锁隐性基因的作用连锁隐性基因的作用对对X-X-连锁显性基因的作用连锁显性基因的作用第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础遗传漂变（遗传漂变（genetic driftgenetic drift） 1930
19、 1930年年 群体遗传学家群体遗传学家 S. Wright S. Wright 由于样本的机误（由于样本的机误（chance errorschance errors）而导致群）而导致群体基因的随机改变体基因的随机改变产生原因：取样的误差产生原因：取样的误差第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础产生取样误差的途径：产生取样误差的途径：（1 1）当群体在每一代中均保持很小的情况下，对）当群体在每一代中均保持很小的情况下，对群体产生较大影响群体产生较大影响（2 2）通过）通过“建立者效应建立者效应”也产生遗传漂变也产生遗传漂变（3 3）“瓶颈效应瓶颈效应”第一章第一章 DNA D
20、NA分型的科学基础分型的科学基础迁移（迁移（migrationmigration） 可以使同一物种的不同群体之间交换基因，可以使同一物种的不同群体之间交换基因，从而使群体的基因库中导入新的基因从而使群体的基因库中导入新的基因基因流（基因流（gene flowgene flow） 通过迁入并婚配而改变两个群体的等位基因通过迁入并婚配而改变两个群体的等位基因频率的过程频率的过程第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础基因流的作用基因流的作用：（1 1）它可以向群体中导入新的等位基因，使群体）它可以向群体中导入新的等位基因，使群体的基因库中拥有新的等位基因，起到了突变的作的基因库中拥
21、有新的等位基因，起到了突变的作用，从而成为这个群体的遗传变异新的来源用，从而成为这个群体的遗传变异新的来源（2 2）通过相互交换群体的等位基因，使得群体之）通过相互交换群体的等位基因，使得群体之间保持相似性，形成一种均化力量，有利于阻止间保持相似性，形成一种均化力量，有利于阻止群体发生变异群体发生变异第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础迁移压力（迁移压力（migration pressuremigration pressure）两个决定因素：两个决定因素：（1 1）迁出和接受群体之间基因频率的差异）迁出和接受群体之间基因频率的差异（2 2）每一代中迁入的基因的数量多少）每一
22、代中迁入的基因的数量多少第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础非随机交配非随机交配正选型交配正选型交配（positive assortative matingpositive assortative mating） 指带有相似表型的个体优先交配指带有相似表型的个体优先交配负选型交配负选型交配（negative assortative mating negative assortative mating ） 指不同表型的个体交配的频率高于随机交配指不同表型的个体交配的频率高于随机交配第一章第一章 DNA DNA分型的科学基
23、础分型的科学基础近交近交（inbreedinginbreeding） 涉及到亲属之间的优先交配涉及到亲属之间的优先交配远交远交（outbreedingoutbreeding） 非亲缘关系个体优先交配非亲缘关系个体优先交配自交自交第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础超显性（超显性（overdominanceoverdominance） 亦称杂合优势（亦称杂合优势（heterozygote advantageheterozygote advantage） 当杂合子的适应性比纯合子更高时，也可使当杂合子的适应性比纯合子更高时，也可使基因频率达到平衡的现象基因频率达到平衡的现象第一
24、章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础三、基因组的结构与功能三、基因组的结构与功能1 1、染色体、染色体女性性染色体为女性性染色体为XXXX，男性为，男性为XYXY生殖细胞生殖细胞均为均为2323条染色体，其中卵细胞为条染色体，其中卵细胞为 22 + X 22 + X，而精，而精细胞为细胞为 22 + X 22 + X 或或 22 + Y 22 + Y人染色体根据他们的大小进行编号，人染色体根据他们的大小进行编号，1 1号号染色体最大，染色体最大，2222号号染色体最小染色体最小第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型
25、的科学基础短臂用短臂用“p p”表示，表示，长臂以长臂以“q q”表示。表示。一个完整的染色体至一个完整的染色体至少包括少包括着丝粒着丝粒、染色染色体臂体臂和和端粒端粒。端粒是真核生物线型染色体的末端，由端粒是真核生物线型染色体的末端，由DNADNA和蛋白质和蛋白质组成的复合体组成的复合体 端粒的复制需要一个特殊的逆转录酶即端粒的复制需要一个特殊的逆转录酶即端端粒酶粒酶 “程序化死亡程序化死亡” 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础端粒的功能端粒的功能是防止非活性的是防止非活性的DNADNA末端降解和保证末端降解和保证染色体的稳定性，同时使染色体末端之间不发生染色体的稳定性
26、，同时使染色体末端之间不发生相互作用或融合（不加长或缩短）相互作用或融合（不加长或缩短）随着年龄的增长或细胞分裂数目的增加，端粒的随着年龄的增长或细胞分裂数目的增加，端粒的长度渐趋缩短长度渐趋缩短 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础端粒酶在绝大多数机体组织、良性肿瘤和端粒酶在绝大多数机体组织、良性肿瘤和非永生细胞系中是无活性的，只在正常的非永生细胞系中是无活性的，只在正常的生殖细胞、造血干细胞和恶性肿瘤细胞中生殖细胞、造血干细胞和恶性肿瘤细胞中有活性，因而认为端粒可能在恶性肿瘤的有活性，因而认为端粒可能在恶性肿瘤的发生和维持中起重要作用。发生和维持中起重要作用。 第一章第
27、一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础染色体核型与物理定位染色体核型与物理定位染色体带染色体带 中期染色体经过一定程序处理与不同染中期染色体经过一定程序处理与不同染料染色，在显微镜下观察，染色体由不同料染色，在显微镜下观察，染色体由不同宽窄和亮度的带连续交替组成宽窄和亮度的带连续交替组成第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础染色体带型染色常用染色体带型染色常用GiemsaGiemsa染色（简称染色（简称G G染色方染色方法），因而称此带为法），因而称此带为G - G - 带带（G - bandsG - bands）核型核型（karotypekarotype） 染色体
28、大小和带型不同，可使染色体大小和带型不同，可使2424个染色体（个染色体（2222个常染色体、个常染色体、X X和和Y Y性染色体）彼此区分开性染色体）彼此区分开第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础以着丝点为起点，根据特定染色体的短臂或长臂的以着丝点为起点，根据特定染色体的短臂或长臂的相对位置横向分为若干区带和亚带相对位置横向分为若干区带和亚带如如3P14.l3P14.l代表代表 3 3号染色体短臂的号染色体短臂的1 1区区4 4带的第带的第l l亚带亚带如染色体定位如染色体定位12P112P1表示表示1212号染色体
29、短臂上的号染色体短臂上的1 1号带号带带的数字按染色体的着丝粒向端粒部分递增，如带带的数字按染色体的着丝粒向端粒部分递增，如带3232比带比带2020接近端粒接近端粒 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础位于染色体位于染色体末端末端的的DNADNA标记，命名时经常在染色标记，命名时经常在染色体臂的命名后标上后缀体臂的命名后标上后缀 “ “terter”，如，如DNADNA定位定位15pter15pter，表示位于，表示位于1515号染色体短臂的末端号染色体短臂的末端 有时有时DNADNA标记定位标记定位不是十分明确不是十分明确，在这种情况下，在这种情况下，染色体定位表达为一
30、个染色体定位表达为一个特定范围特定范围，如，如 2p23-2p23-pterpter，意思是位于，意思是位于2 2号染色体短臂的号染色体短臂的2323带与末端带与末端之间之间 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础2 2、基因组（、基因组（genomegenome）两部分：两部分： 核基因组核基因组 + + 线粒体基因组线粒体基因组操纵子学说操纵子学说 1961 1961年，法国遗传学家年，法国遗传学家 Jacob Jacob和和 Monod Monod 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础基因基因基
31、因的结构基因的结构基因的分类基因的分类基因的表达与调控基因的表达与调控 原核生物基因的表达与调控原核生物基因的表达与调控 真核生物的基因表达与调控真核生物的基因表达与调控 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础真核生物基因组真核生物基因组 基因组的大小基因组的大小 C C值值 最小的支原体只有最小的支原体只有 10 106 6 bpbp 最大的两栖动物可达最大的两栖动物可达 10 1011 11 bpbp基因组的基因数目基因组的基因数目 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础可读框可读框 （open r
32、eading frameopen reading frame，ORFORF）必需基因和基因总数必需基因和基因总数 通过突变分析确定必需基因的数量通过突变分析确定必需基因的数量 果蝇的致死基因数量为果蝇的致死基因数量为50005000个个预测人有预测人有1000010000个个以上致死基因以上致死基因 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础线粒体（线粒体（mitochondrionmitochondrion）基因组）基因组 人类基因组计划人类基因组计划 结构基因组学结构基因组学 （structural genomicsstructural genomics） 功能基因组学出（功
33、能基因组学出（functional genomicsfunctional genomics） 比较基因组学（比较基因组学（comparative genomicscomparative genomics）人类后基因组计划人类后基因组计划 基因插断基因插断 cDNAcDNA的测序与杂交的测序与杂交 蛋白质分析蛋白质分析 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础重复序列重复序列 根据重复序列的重复次数可将其分为根据重复序列的重复次数可将其分为3 3类类 高度重复序列高度重复序列 复性极快长度从几个复性极快长度从几个bpbp到几百到几百bpbp或更长，重复次数或更长，重复次数 101
34、06 6，占总含量，占总含量1 15050中等重复序列中等重复序列 长度一般为长度一般为 2000 200012000 bp 12000 bp ，其拷贝数一般在，其拷贝数一般在 10 1010105 5之间，占整之间，占整个基因组的个基因组的25254040，复性速度要慢一些，一般是非编码序列，复性速度要慢一些，一般是非编码序列低重复系列低重复系列拷贝数为拷贝数为2 2100100，复性速度很慢，复性速度很慢第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础AluAlu序列序列AluAlu序列为序列为短的散在重复序列短的散在重复序列
35、，该序列中有一个核酸内，该序列中有一个核酸内切酶切酶AluAlu（识别序列为（识别序列为ACCTACCT）的识别位置）的识别位置 占人类基因组总占人类基因组总DNADNA量量5 5左右，高达左右，高达9109105 5 拷贝拷贝人类人类AluAlu序列长度约序列长度约300bp300bp，本身又由，本身又由120bp120bp和和150bp150bp的重的重复序列组成，两者之间由复序列组成，两者之间由富含富含A A的区域分开，两端又有一的区域分开，两端又有一段段7 710bp10bp的正向重复序列的正向重复序列 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础AluAlu序列在体细胞中
36、几乎序列在体细胞中几乎完全甲基化完全甲基化而在精子中处于而在精子中处于低低甲基化状态甲基化状态人类基因组内至少存在人类基因组内至少存在4 4种种不同类型的不同类型的AluAlu序列，属于序列，属于两个两个不同的亚家族不同的亚家族 在在 Y Y染色体中有一人类特异的染色体中有一人类特异的 Alu Alu序列，称为序列，称为 YAPYAP（Y Y Alu polymorphismAlu polymorphism），在不同人群中表现出显著的差异），在不同人群中表现出显著的差异性性 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础长散在重复成分长散在重复成分 约有约有10105 5拷贝，占总拷
37、贝，占总DNADNA的的2 23 3，长度为，长度为6 67kb7kb，其中，其中9595的序列的序列 5 5 端是截断的，但大多端是截断的，但大多数含有相同的数含有相同的3 3 端及长短不等的端及长短不等的 PolyA PolyA 多数人认为重复序列是多数人认为重复序列是有功能有功能的的 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础四、遗传标记分类四、遗传标记分类 两种差异性两种差异性 两大类遗传标记两大类遗传标记长度多态性标记长度多态性标记 限制性内切酶片段长度多态性限制性内切酶片段长度多态性 扩增片段长度多态性扩增片段长度多态性 序列多态性标记序列多态性标记小卫星可变重复单位
38、多态性小卫星可变重复单位多态性 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础1 1、长度多态性（、长度多态性（length polymorphismlength polymorphism） 目前常用的长度多态性标记目前常用的长度多态性标记 小卫星（小卫星（minisatellite minisatellite ） 6 67070 bp 1980 bp 1980年年 微卫星（微卫星（microsatellitemicrosatellite） 2 26 6 bp 1989 b
39、p 1989年年出现的出现的数目和频率数目和频率不同而表现出多态性不同而表现出多态性第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础小卫星和微卫星小卫星和微卫星DNADNA的多态性产生机制不同：的多态性产生机制不同：小卫星的多态性是有丝分裂、减数分裂期姐妹染小卫星的多态性是有丝分裂、减数分裂期姐妹染色单体不等交换或染色体内部不等交换的结果色单体不等交换或染色体内部不等交换的结果微卫星的多态性主要是微卫星的多态性主要是DNADNA复制过程中滑动，或复制过程中滑动，或DNADNA复制和修复时滑动链与互补链碱基错配，导复制和修复时滑动链
40、与互补链碱基错配，导致一个或几个重复单位的缺失或插入的结果致一个或几个重复单位的缺失或插入的结果 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础2 2、序列多态性标记、序列多态性标记 指某基因座碱基排列顺序的差异指某基因座碱基排列顺序的差异法医物证学常见的有：法医物证学常见的有：人类人类mtDNA mtDNA HLAHLA多标记系统（多标记系统（PMPM系统）系统） 其他，如其他，如ABOABO基因型、基因型、 MN MN基因型、酶型、血清型的基因型基因型、酶型、血清型的基因型 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础五、五、DNADNA多态性及其产生机理多态性及其产
41、生机理1 1、多态性（、多态性（polymorphismpolymorphism） 碱基在生物进化过程中，由于碱基突变、碱基在生物进化过程中，由于碱基突变、缺失、插入或置换，缺失、插入或置换，DNADNA分子中单一基因座的遗分子中单一基因座的遗传标记有多个等位基因存在传标记有多个等位基因存在 高度变异性高度变异性（hypervariablehypervariable） 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础2 2、多态性的分类、多态性的分类序列多态性序列多态性：表现在碱基序列上：表现在碱基序列上 如：如： analy analyz ze e 与与 analy analys s
42、e e AG AGC CTCAATCG TCAATCG 与与 AG AGA ATCAATCGTCAATCG TC TCG GAGTTAGC AGTTAGC 与与 TC TCT TAGTTAGCAGTTAGC 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础片段长度多态性片段长度多态性：表现在二个固定端点间：表现在二个固定端点间DNADNA片片段的长度上段的长度上 如：如： AGCTCAATCGAGCTCAATCG- -AGCTCAATCGAGCTCAATCG- -AGCTCAATCGAGCTCAATCG-R -R TCGAGTTAGCTCGAGTTAGC- -TCGAGTTAGCTCG
43、AGTTAGC- -TCGAGTTAGCTCGAGTTAGC-R-R第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础可变数目串联重复（可变数目串联重复（Variable Number Tandem Variable Number Tandem RepeatRepeat，VNTRVNTR）基因座）基因座等位基因含有的串联重复数目，可以作为该等位等位基因含有的串联重复数目，可以作为该等位基因的命名基因的命名 如串联重复数为如串联重复数为3535，就命名为，就命名为“等位基因等位基因3535” 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础
44、分型的科学基础3 3、多态性产生的机理、多态性产生的机理DNADNA多态性产生的多态性产生的生物学过程生物学过程（1 1）细胞分裂间期，）细胞分裂间期，DNADNA复制过程复制过程（2 2）减数分裂前期，同源染色体联会后，非姐妹染色单体）减数分裂前期，同源染色体联会后，非姐妹染色单体 间的交叉，重组与互换过程间的交叉，重组与互换过程（3 3）减数分裂中期非同源染色体的自由组合）减数分裂中期非同源染色体的自由组合（4 4）受精过程中配子间的随机结合）受精过程中配子间的随机结合 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础多态性形成原因多态性形成原因不等位交换不等位交换 （unequa
45、l crossing over unequal crossing over ） 碱基缺失（碱基缺失（deletiondeletion）和插入（）和插入（insertioninsertion）是一种较为常见的突变形式是一种较为常见的突变形式 ，机制之一是不等位，机制之一是不等位交换交换第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础复制滑脱（复制滑脱（replication slippagereplication slippage） 链滑脱误配（链滑脱误配（slippedsli
46、ppedstrand mispairingstrand mispairing） 究竟是缺失还是重复则要着滑脱发生在究竟是缺失还是重复则要着滑脱发生在5353方向还是方向还是与之相反与之相反的方向的方向第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础一般认为：一般认为：微卫星串联重复主要由复制滑脱产生的微卫星串联重复主要由复制滑脱产生的较长片段的串联重复，如小卫星较长片段的串联重复，如小卫星DNADNA则主要则主要由染色体不等价交换造成由染色体不等价交换造成 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础转座和反转录转座和
47、反转录 转座（转座（transpositiontransposition） 反转录转座（反转录转座（retropositionretroposition） 有丝分裂前期有丝分裂前期，每条染色体含有两条姐妹染色单体，同源，每条染色体含有两条姐妹染色单体，同源染色体配对后，非姐妹染色单体发生染色体配对后，非姐妹染色单体发生互换互换，结果等位基因，结果等位基因间组合形式发生改变间组合形式发生改变 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础4 4、人类基因组、人类基因组DNADNA多态性多态性（1 1）串联重复序列多态性）串联重复序
48、列多态性重复重复DNADNA约占人类基因的约占人类基因的20203030，是形成，是形成DNADNA多态性的多态性的主要结构主要结构 重复重复DNADNA按序列结构特点可分为按序列结构特点可分为散在重复序列散在重复序列和和串联重复序列串联重复序列 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础散在重复序列散在重复序列 单拷贝单拷贝DNADNA序列以其单体出现在不同染序列以其单体出现在不同染色体或相同染色体的不同位置，称为散在色体或相同染色体的不同位置，称为散在重复序列重复序列 DNA DNA（interspersed repetitive interspersed repetitiv
49、e segmentsegment） 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础SINEsSINEs（short interspersed segment short interspersed segment ，短片段间，短片段间隔型）隔型）包含包含小于小于500 500 bpbp长的长的DNADNA序列序列灵长类中最显著的灵长类中最显著的SINEsSINEs是是AluAlu家族家族人类基因组中人类基因组中AluAlu家族占家族占3 39 9 AluAlu家族重复子主要定位在染色体上富含家族重复子主要定位在染色体上富含GCGC结构区，在性别结构区，在性别鉴定中最常用鉴定中最常用Al
50、uAlu序列作对照序列序列作对照序列 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础LINEsLINEs（long interspersed segment long interspersed segment ，长，长片段间隔型）片段间隔型）在研究过的种属中，仅有在研究过的种属中，仅有一个一个LINEsLINEs家族家族人类的人类的LINEsLINEs家族就是家族就是LIHsLIHs（或（或KpnKpn）家族）家族长约长约6 67 7kbkb，有些大于，有些大于7kb7kb，最短的片段为，最短的片段为0.5 0.5 kb kb ，这些短片段家族成员多数失去，这些短片段家族成员多数失去
51、55端端片段片段 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础人类基因组中人类基因组中 LINEs LINEs的拷贝数目高达的拷贝数目高达107 000107 000有证据证明，有证据证明， LINEs LINEs主要存在于染色体主要存在于染色体 G GQ Q带，带，与与 Alu Alu家族序列最初定位于家族序列最初定位于 R R带不民带不民G GQ Q带富含带富含ATAT，是迟复制，是迟复制DNADNA的代表，能被的代表，能被GiemsaGiemsaquinacrinequinacrine染料着色。染料着色。第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础大卫星大卫星DN
52、ADNA多态性多态性 小卫星小卫星DNADNA多态性多态性 微卫星微卫星DNADNA多态性多态性STR第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础（2 2）序列多态性）序列多态性 检测序列多态性的技术方法检测序列多态性的技术方法 DNA DNA测序测序 限制性酶切片段长度多态性（限制性酶切片段长度多态性（RFLPRFLP） 单链构象多态性（单链构象多态性（SSCPSSCP） 等位基因特异性寡聚核着酸杂交（等位基因特异性寡聚核着酸杂交（ASOASO） DNA DNA芯片芯片
53、 飞行时间质谱飞行时间质谱 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础HLAHLA系统系统DNADNA多态性多态性 人类白细胞抗原（人类白细胞抗原（HLA HLA ，human lenkocyte human lenkocyte antigenantigen），其基因群定位于人类第），其基因群定位于人类第6 6号染色体短号染色体短臂上，臂上，DNADNA片段长片段长3000300040004000 kb kb，占人体整个基，占人体整个基因组的因组的1 130003000 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基
54、础迄今为止所知的人类迄今为止所知的人类最复杂最复杂的基因族，也是目前的基因族，也是目前发现的血型系统中发现的血型系统中最具有高度多态性最具有高度多态性的共显性复的共显性复合遗传系统。合遗传系统。HLAHLA系统是具有系统是具有代表性代表性的序列多态的序列多态性遗传标记位点。性遗传标记位点。至至20012001年年1010月已发现的等位基因有月已发现的等位基因有14681468个，主要个，主要有有 HLAHLA，HLAHLA类基因位点类基因位点 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础类基因产物为类基因产物为HLAHLAA A、B B、C C、D D、E E、F F、G G抗原，
55、抗原，由由重链重链和和轻链轻链两条肽链构成，两条肽链构成，重链重链由由HLAHLA基因控基因控制，制，有多态性有多态性。轻链不由。轻链不由HLAHLA基因控制，无多态基因控制，无多态性。性。HLAHLA类基因中类基因中基因座基因座包括包括DRADRA、DRBDRB、DQA1DQA1、 DQB1DQB1、DPA1DPA1、DPB1DPB1、DMADMA、DMBDMB、DOADOA、DOBDOB。 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础有关等位基因的序列信息可通过数据库查有关等位基因的序列信息可通过数据库查询获得，其中一个网
56、址是：询获得，其中一个网址是：http : / wwwhttp : / www. anthonynolan. com / HIG . anthonynolan. com / HIG / data. html/ data. html 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础HLAHLA的遗传特性的遗传特性 HLAHLA为为复等位基因复等位基因，在同一染色体上紧密连锁构成一，在同一染色体上紧密连锁构成一单信单信型型。HLAHLA每个位点均存在众多的复等位基因，各个位点基每个位点均存在众多的复等位基因，各个位点基因随机组合，形成因随机组合，形成HLAHLA系统高度多态性系统高度多态性
57、。在在HLAHLA遗传过程中，遗传过程中，HIAHIA单倍型作为一个单倍型作为一个完整的遗传单位完整的遗传单位由由亲代传给子代，形成亲代传给子代，形成HLAHLA表型表型。 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（single nucleotidesingle nucleotide polymorphisms polymorphisms， SNPs SNPs或或 SNPSNP）指人类基因组内特定核苷酸位置上存在指人类基因组内特定核苷酸位置上存在两种两种不同的碱基，不同的碱基，其中最少的一种在群体中的频率其中最少的一种在群体中的频率不少于不少于1
58、1双等位基因双等位基因（biallelicbiallelic）或）或二态遗传型二态遗传型替换与颠换的比例大约是替换与颠换的比例大约是2 2：1 1 ；2525的的SNPSNP发生于发生于CGCG位点位点 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础国际上较重要的国际上较重要的SNPSNP网站网站 （美）（美）NCBINCBI： DbSNP DbSNP（http http ：/ www. ncbi. nlm. nih. gov / SNP / www. ncbi. nlm. nih. gov / SNP /）（德）：（德）： HGBASE HGBASE（http http ：/ ww
59、w. hgbase. interactiva. de/ www. hgbase. interactiva. de） （美）麻省理工学院：（美）麻省理工学院： MIT SNP MIT SNP（http http ：/ www. genome. wi. mit. edu / SNP / / www. genome. wi. mit. edu / SNP / human / index. htmlhuman / index. html） 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础SNPSNP具有的特点具有的特点 SNPSNP位点含量的位点含量的丰富性丰富性及分布的及分布的高密度性高密度
60、性。10001000个个SNPSNP与与400400个个STRSTR扫描得出的连锁信息量等同扫描得出的连锁信息量等同SNPSNP的的遗传稳定性遗传稳定性 。一种能稳定遗传的。一种能稳定遗传的早期突变早期突变，较较STRSTR等多态性标记具有更高的遗传稳定性等多态性标记具有更高的遗传稳定性SNPSNP检测技术检测技术自动化的可行性自动化的可行性 。结果只表现为简。结果只表现为简单的单的“”或或“有无有无”形式形式 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础5 5、线粒体、线粒体DNADNA多态性多态性 （mitochondrial DNAmitochondrial DNA，mtDN
61、AmtDNA）不同种类和组织的细胞中，数目从不同种类和组织的细胞中，数目从l l5050万个万个（巨大变形虫）不等（巨大变形虫）不等哺乳动物中哺乳动物中 ，数目一般在，数目一般在100010001000010000之间之间 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础独立独立于细胞核基因组外的于细胞核基因组外的双螺旋结构双螺旋结构，一个线粒，一个线粒体中有体中有1-101-10个双链环状个双链环状DNADNA分子分子 1656916569个碱基组成（个碱基组成（A 5122A 5122个；个；G 2171G 2171个；个；C C 51805180个；个；T 4096T 4096个
62、）个）双链中有一条为双链中有一条为重链重链（H H），即富含嘌呤链；一），即富含嘌呤链；一条为条为轻链轻链（L L），即富含嘧啶链），即富含嘧啶链第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础高变区高变区（hypervariable regionhypervariable region） 个体差异主要发生在长度为个体差异主要发生在长度为1200bp1200bp的非编码区，该区的非编码区，该区包括一个复制起始点、两个转录起始点及置换环包括一个复制起始点、两个转录起始点及置换环（displacement loop region -
63、Ddisplacement loop region - D环区）环区）遗传差异非随机分布于遗传差异非随机分布于D D环区内和复制起始点附近这两个区，环区内和复制起始点附近这两个区，分别记为分别记为HVRHVR（D D环区内）和环区内）和HVRHVR（复制起始点附）（复制起始点附） 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础线粒体基因组比核线粒体基因组比核DNADNA具有更高的突变率，具有更高的突变率，6-176-17倍倍 HVRHVR和和HVRHVR作为碱基变异的高发生区域，全长作为碱基变异的高发生区域，全长1024 bp1024 bp 主要针对主要针对 HVRHVR区的区的159971599716401nt16401nt碱基区域和碱基区域和HVRHVR区的区的000730007300340nt00340nt碱基区域碱基区域 第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础第一章第一章 DNA DNA分型的科学基础分型的科学基础6 6、DNADNA分析中的酶类分析中的酶类 在在DNADNA分析中涉及许多酶，最常用的有分析中涉及许多酶，最常用的有两类酶，一类是两类酶，一类是多聚酶多聚酶，另一类是，另一类是限制酶限制酶
