DNA多态性分析基础

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1、第第 三三 章章 DNADNA多态性分析基础多态性分析基础1学习目的掌握DNA分子结构掌握DNA的理化性质掌握人类基因组的基本特点掌握突变类型及产生机理掌握长度多态性和序列多态性的基本概念2人类人类DNADNA遗传标记遗传标记-法医物证学应用研究的热点法医物证学应用研究的热点 由常量检材到微量检材由常量检材到微量检材 -微量微量检材的检验检材的检验 由蛋白质水平到由蛋白质水平到DNADNA水平水平 -陈旧陈旧检材的检验、取材的检材的检验、取材的广泛性广泛性 实现了仅能否定到高概率肯定实现了仅能否定到高概率肯定 -提高了法庭证据的提高了法庭证据的可靠性可靠性人类人类DNADNA遗传标记遗传标记-

2、特定的座位上出现等位基因特定的座位上出现等位基因 出现在编码区或非编码区出现在编码区或非编码区 表现为表现为序列多态性序列多态性或或长度多态性长度多态性3 第一节第一节 DNADNA分子结构与功能分子结构与功能一、一、DNADNA的分子结构的分子结构 DNADNA是由是由4 4种种核苷酸核苷酸通过磷酸二酯键连接成的通过磷酸二酯键连接成的线性多聚体线性多聚体1.DNA1.DNA的基本结构单位的基本结构单位碱碱 基基 A G C TA G C T核核 苷苷核苷酸核苷酸 脱氧核苷酸=碱基+脱氧核糖+磷酸dNTPdNDPdNMP42.DNA2.DNA的分子结构的分子结构一级结构一级结构-DNADNA分

3、子中核苷酸的排列顺序分子中核苷酸的排列顺序 链接方式链接方式 3,53,5磷酸二酯键连接磷酸二酯键连接 戊糖和磷酸构成多聚核苷酸对骨架戊糖和磷酸构成多聚核苷酸对骨架 含氮碱基突出于骨架上含氮碱基突出于骨架上 不对称末端不对称末端 5- 5-自由的磷酸，自由的磷酸，3-3-游离的羟基游离的羟基 生物学意义生物学意义 1. 1. 遗传信息的载体遗传信息的载体 2. 2. 构成构成DNADNA遗传标记遗传标记的结构基础的结构基础5二级结构二级结构-两条两条DNADNA单链形成的双螺旋结构单链形成的双螺旋结构 双螺旋结构的特征双螺旋结构的特征 1. 1. 两条单链逆向平行排列，两条单链逆向平行排列，

4、绕同一中心轴形成双螺旋绕同一中心轴形成双螺旋 2. 2. 两条单链间以氢键连接两条单链间以氢键连接 碱基互补原则：碱基互补原则：A=T,CA=T,C= =G G * * 稳定性与稳定性与G+CG+C含量呈正比含量呈正比 * * 嘌呤和嘧啶相等嘌呤和嘧啶相等: A+G=C+T: A+G=C+T 配对原则的意义配对原则的意义 1.1.复制的分子学基础复制的分子学基础 遗传信息传给子代遗传信息传给子代 2.2.转录的分子学基础转录的分子学基础 RNARNA合成的模板合成的模板 蛋白质蛋白质 3.DNA3.DNA多态性分析的分子学基础多态性分析的分子学基础 DNADNA遗传多态性遗传多态性 6三级结构

5、三级结构-超级螺旋结构超级螺旋结构 结构特征结构特征 真核生物真核生物DNADNA三级结构三级结构-核小体核小体 140bpDNA 140bpDNA双链缠绕组蛋白双链缠绕组蛋白8 8聚体聚体 60bp 60bp的连接链（结合有组蛋白的连接链（结合有组蛋白H1H1） 生物学意义生物学意义 压缩压缩DNADNA分子体积，有利于在细胞分子体积，有利于在细胞 中包装组蛋白对中包装组蛋白对DNADNA分子完整性的分子完整性的 保护作用保护作用 统计数据统计数据 人类基因组人类基因组DNADNA直线长直线长2m 2m 细胞核直径细胞核直径5um 5um DNADNA分子被压缩了近一万倍分子被压缩了近一万倍

6、7二、二、DNADNA的理化性质的理化性质 DNADNA是生物大分子，因此具有高分子物质的一般性质是生物大分子，因此具有高分子物质的一般性质粘粘 性性 较大较大 溶液的粘性与溶质分子的不对称性有关溶液的粘性与溶质分子的不对称性有关两性电解质两性电解质 DNADNA含有磷酸基团（含有磷酸基团（- -）和含氮碱基（）和含氮碱基（+ +） 等电点低等电点低-中性或弱碱性溶液中性或弱碱性溶液-带带负电负电 电泳技术进行分离的分子基础电泳技术进行分离的分子基础 可以与金属离子（可以与金属离子（Na,K,Mg.MnNa,K,Mg.Mn）结合成盐）结合成盐 DNA+DNA+盐（盐（乙醇或异丙醇）乙醇或异丙醇

7、）DNADNA沉淀沉淀析出析出 可以和碱性蛋白组氨酸结合可以和碱性蛋白组氨酸结合 使使DNADNA分子更具有分子更具有稳定性稳定性吸收紫外线吸收紫外线 碱基含有共轭双链碱基含有共轭双链 ( ( 最大吸收波长最大吸收波长260nm 260nm ) ) 对对DNADNA样品进行定量分析样品进行定量分析 81.DNA1.DNA的变性的变性概念：概念：在加热、溶液碱性、有机溶剂、二甲基亚砜、甲酰胺等条件在加热、溶液碱性、有机溶剂、二甲基亚砜、甲酰胺等条件 下，下，DNADNA双链间的氢键断裂，形成两条单链双链间的氢键断裂，形成两条单链DNADNA分子的过程。分子的过程。变化：变化：溶液粘度溶液粘度降低

8、降低, ,沉降速率沉降速率增加增加, ,浮力密度浮力密度上升上升, ,紫外线吸收紫外线吸收增强增强 增色效应增色效应随温度上升，随温度上升，DNADNA溶液的紫外线吸收增强，溶液的紫外线吸收增强，A A260260值值 DNA DNA对紫外线吸收强度与变性程度成正比对紫外线吸收强度与变性程度成正比 ODOD260260值：双链值：双链DNA DNA 单链单链DNA DNA 单核苷酸单核苷酸 融链温度融链温度随温度上升，一半随温度上升，一半DNADNA分子变性时的温度分子变性时的温度 (Tm(Tm值值) ) TmTm值与值与DNADNA分子中分子中G/CG/C含量呈线性关系含量呈线性关系 估计估

9、计DNADNA的的GCGC含量含量 ( G+C)% = (Tm69.3) 2.44 估算引物的估算引物的Tm Tm 值值 Tm = 4 ( G + C ) + 2 ( A + T ) TmTm值受介质中离子强度的影响（值受介质中离子强度的影响（ TmTm值与退火温度值与退火温度有关）有关） 在高离子强度溶液中相对稳定（在高离子强度溶液中相对稳定（1mol/L NaCl1mol/L NaCl）某些因素影响下某些因素影响下DNADNA分子共价键断裂分子共价键断裂小片段小片段DNADNA的过程：的过程：DNADNA降解降解92.DNA2.DNA的复性的复性概念：概念：当撤除变性因素后，原变性的两条互

10、补当撤除变性因素后，原变性的两条互补DNADNA单链通过碱基配对又单链通过碱基配对又重新缔合成为双链结构的过程叫复性。重新缔合成为双链结构的过程叫复性。 * * 加热后变性的加热后变性的DNADNA在温度降低过程中的复性又称为在温度降低过程中的复性又称为退火退火影响：影响：温度影响温度影响：最适为：最适为TmTm以下以下2525，过高不易复性；过低碱基错配，过高不易复性；过低碱基错配 离子强度离子强度：足够：足够盐浓度盐浓度中和中和DNADNA分子携带分子携带负电荷负电荷利于复性利于复性 分子结构分子结构：简单简单序列的、序列的、小分子小分子DNA-DNA-易发现互补序列易发现互补序列- -复

11、性快复性快 溶液浓度溶液浓度：高浓度：高浓度DNADNA溶液比低浓度溶液比低浓度DNADNA溶液易复性溶液易复性 * * 影响复性过程的主要因素：影响复性过程的主要因素：复性温度复性温度与溶液的与溶液的离子强度离子强度 杂交：杂交：在复性的条件下，来源不同、但具有碱基互补的在复性的条件下，来源不同、但具有碱基互补的DNADNA单链按碱基单链按碱基 配对原则形成双链配对原则形成双链DNADNA分子的过程称作杂交。分子的过程称作杂交。 * * 局部碱基序列具有同源性的局部碱基序列具有同源性的DNADNA分子也能形成局部杂交产物分子也能形成局部杂交产物 杂交技术杂交技术：在复性条件下，探针与靶：在复

12、性条件下，探针与靶DNADNA单链形成杂交双链单链形成杂交双链 用以分析两核酸分子间的碱基互补程度用以分析两核酸分子间的碱基互补程度 探探 针：针：标记有示踪物的寡核苷酸片段标记有示踪物的寡核苷酸片段10 第二节第二节 人人 类类 基基 因因 组组基因组概念基因组概念 广义概念：广义概念：一个生物体的所有基因或遗传物质一个生物体的所有基因或遗传物质 狭义概念：狭义概念：一大组基因、一个染色体或几个染色体的基因一大组基因、一个染色体或几个染色体的基因 * * 基因组包含基因组包含基因序列基因序列(20-30%)(20-30%) + + 非基因序列非基因序列(70-80%)(70-80%)基因组构

13、成基因组构成 核核 基基 因因 组：组：单倍体细胞内的全部单倍体细胞内的全部DNADNA分子，分子，3103109 9 bp bp 体细胞体细胞2222对常染色体和对常染色体和1 1对性染色体对性染色体 性细胞性细胞2222条常染色体和条常染色体和1 1条型染色体条型染色体 * * 每个细胞含相同的基因组拷贝（特殊除外）每个细胞含相同的基因组拷贝（特殊除外） * * 平均每个细胞含有平均每个细胞含有6 610pg10pg的的DNADNA 线粒体基因组：线粒体基因组：线粒体内包含的全部线粒体内包含的全部DNADNA分子，分子，16569bp16569bp * * 每个细胞平均有每个细胞平均有80

14、0800个线粒体个线粒体 * 每个线粒体含有每个线粒体含有1010个个DNADNA拷贝拷贝 11121314一、人类核基因组一、人类核基因组DNADNA1.1.基因与基因有关序列基因与基因有关序列基因组成：基因组成：包括合成有功能的多肽链或包括合成有功能的多肽链或RNARNA所必需的全部序列所必需的全部序列15真核生物真核生物-断裂基因断裂基因基因中编码序列被若干个插入序列分隔的不连续的镶嵌结构基因中编码序列被若干个插入序列分隔的不连续的镶嵌结构 编码序列编码序列-外显子外显子( n ) 10%50% 插入序列插入序列-内含子内含子(n-1) 50%90% 决定基因长度决定基因长度 编编 码码

15、 率率-编码序列长度占整个基因序列的比例编码序列长度占整个基因序列的比例 外显子外显子 内含子内含子转录转录：模板：模板DNA 初级初级RNA 成熟成熟RNA 剪接方式：剪接方式：特定外显子特定外显子+不同外显子不同外显子-表达多种产物表达多种产物 表现为外显子表现为外显子/或或 内含子内含子-表现多种功能表现多种功能 由同一由同一DNA序列可以得到不同的序列可以得到不同的mRNA，从而编码多种，从而编码多种 具有部分重叠序列的蛋白质的基因称为具有部分重叠序列的蛋白质的基因称为重叠基因重叠基因GT AG GT AG16基因分类基因分类 结构基因：结构基因：合成结构蛋白、催化生化反应的酶合成结构

16、蛋白、催化生化反应的酶 调节基因：调节基因：阻遏蛋白或激活蛋白，控制基因活性阻遏蛋白或激活蛋白，控制基因活性 既可以转录成既可以转录成RNARNA，又可以翻译成蛋白质，又可以翻译成蛋白质 rRNA rRNA基因：基因：产物是核糖体的核糖体产物是核糖体的核糖体RNARNA tRNAtRNA基因：基因：产物是转移产物是转移RNARNA 只转录产生相应只转录产生相应RNARNA，而不翻译成蛋白质，而不翻译成蛋白质相关序列相关序列 前导序列和尾随序列前导序列和尾随序列-能被转录，但不被翻译能被转录，但不被翻译 启启 动动 子：子：RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA结合起始部位结合起始部位 位置位

17、置：基因转录起点上游（：基因转录起点上游（5-1kb)5-1kb) 作用作用：能与：能与RNARNA酶结合，调控基因表达酶结合，调控基因表达 增增 强强 子：子：调节基因产物与调节基因产物与DNADNA结合的部位结合的部位 位置位置：在基因的任何位置。：在基因的任何位置。 作用作用：促进转录活性，增强启动子：促进转录活性，增强启动子 2.2.基因外基因外DNADNA 功能不清，多拷贝或低拷贝形式；功能不清，多拷贝或低拷贝形式；30%30%串联重复串联重复173.3.重复序列重复序列概念：概念：在基因组中反复出现，在基因组中含有一个以上序列相在基因组中反复出现，在基因组中含有一个以上序列相 同的

18、拷贝称为同的拷贝称为重复序列重复序列-基因外的重复序列较少受选择压力的限制，在个体间具有变异基因外的重复序列较少受选择压力的限制，在个体间具有变异性，是形成性，是形成DNADNA多态性基础多态性基础分类：分类：反向重复序列反向重复序列-两个序列相同的拷贝在两个序列相同的拷贝在DNADNA上呈反向排列上呈反向排列 重复序列间有间隔重复序列间有间隔 位于基因调控区内位于基因调控区内 重复序列间无间隔重复序列间无间隔 与基因的转录、复制有关与基因的转录、复制有关 串联重复序列串联重复序列-相对恒定的序列为重复单位，首尾相接相对恒定的序列为重复单位，首尾相接 大卫星大卫星DNADNA（macrosat

19、ellite DNA） 主要在在非编码区主要在在非编码区 小卫星小卫星DNADNA ( minisatellite DNA ) 与染色体折叠压缩与染色体折叠压缩 微卫星微卫星DNADNA (microsatellite DNA） 和染色体配对有关和染色体配对有关 散在重复序列散在重复序列-相同序列的重复单位散在分布相同序列的重复单位散在分布 短散布元件短散布元件 500bp 500bp AluAlu序列序列 序列长平均序列长平均250bp250bp，含有，含有Alu IAlu I酶切位点酶切位点（AGCTAGCT） 同源性高达同源性高达80%80%，但具有，但具有种属特异性种属特异性 人类人类

20、AluAlu序列长序列长300bp300bp（130bp130bp+31bp+31bp+130bp130bp） 长散布元件长散布元件 6-7kb 6-7kb KpnKpn序列序列 约约6500bp6500bp 18卫星卫星DNADNA 发现：发现：DNADNA主带以外有多个小的卫星带主带以外有多个小的卫星带分类：分类：大卫星大卫星-根据浮力密度不同根据浮力密度不同 1.687 1.687 卫星卫星DNADNA（25-48bp25-48bp） 1.693 1.693 卫星卫星DNADNA（5bp-ATTCC-5bp-ATTCC-） 1.697 1.697 卫星卫星DNADNA（5bp-ATTCC

21、-5bp-ATTCC-） 1.700 1.700 卫星卫星DNADNA（隐蔽的卫星（隐蔽的卫星DNA)DNA) 卫星卫星DNA DNA 重复单位重复单位171bp 171bp 灵长类特有灵长类特有 卫星卫星DNA DNA 重复单位重复单位68bp 68bp 富含富含GC GC 位于多个染色体的着丝粒与异染色质位于多个染色体的着丝粒与异染色质成分：成分：GCGC含量少于主带中的含量少于主带中的DNADNA特征：特征：DNADNA呈串联重复形式呈串联重复形式 各类型家族成员序列各类型家族成员序列G/CG/C含量近似含量近似 具有相同的浮力密度具有相同的浮力密度 但是重复序列特征有明显差异但是重复序

22、列特征有明显差异 19所有串联重复所有串联重复DNADNA序列都称为序列都称为-卫星卫星DNADNA 根据重复序列长度和序列特征分类根据重复序列长度和序列特征分类 小卫星小卫星DNA DNA 微卫星微卫星DNADNA ( minisatellite DNA ) (microsatellite DNA） 重复单位重复单位 15bp-30bp 15bp-30bp 2bp-6bp2bp-6bp 重复次数重复次数 数次至数百次数次至数百次 10bp-6010bp-60次次 序列总长序列总长 100bp-20kd 300bp 100bp-20kd 300bp 序列特征序列特征 核心序列核心序列 单拷贝单

23、拷贝 多态原因多态原因 VNTR STRVNTR STR 形成机制形成机制 不等交换，重组不等交换，重组 复制滑动复制滑动 主要分布主要分布 近端粒处，着丝点近端粒处，着丝点 内含子、间隔内含子、间隔DNADNA 有特定的基因座定位有特定的基因座定位 有特定的基因座定位有特定的基因座定位 核心序列核心序列-富含富含G/CG/C或或A/TA/T的保守序列的保守序列 不同小卫星高度同源性不同小卫星高度同源性-DNADNA指纹技术指纹技术204.4.假假 基基 因：因：与正常功能基因在核苷酸序列上相似，但不能转录或与正常功能基因在核苷酸序列上相似，但不能转录或 转录后生成无功能基因产物的转录后生成无

24、功能基因产物的DNADNA序列。序列。 突变：突变：复制复制- -失去调控；失去调控；转录转录- -拼接信号；拼接信号；翻译翻译- -终止信号终止信号 其他：其他：丢失丢失55或或33端部分而失去活性端部分而失去活性基因片段基因片段5.5.多基因家族：多基因家族：一组具有功能相似、来源相同、碱基序列相同或部分相一组具有功能相似、来源相同、碱基序列相同或部分相 同的基因同的基因 产物：产物：编码编码 R N A R N A snRNA, tRNA, rRNAsnRNA, tRNA, rRNA 编码蛋白质编码蛋白质 组蛋白、珠蛋白、生长激素组蛋白、珠蛋白、生长激素 位置：位置：同一个染色体上或不同

25、染色体上同一个染色体上或不同染色体上 分类：分类：多多 基基 因因 家家 族族（rRNArRNA基因家族）基因家族） 散在基因家族散在基因家族（珠蛋白基因家族）（珠蛋白基因家族） 超基因家族超基因家族：是一组由多基因家族和单基因组成的更大的基因家族。是一组由多基因家族和单基因组成的更大的基因家族。 各成员（各成员（免疫球蛋白、组织相容性复合体）免疫球蛋白、组织相容性复合体）6.6.转座子：转座子：DNADNA分子内部或分子间可以分子内部或分子间可以移动的移动的DNADNA片段片段 组成组成：由座位酶和转座子两末端的反向重复序列组成由座位酶和转座子两末端的反向重复序列组成 特点：特点：保留原位的

26、序列，新合成复本的插入，可以遗传保留原位的序列，新合成复本的插入，可以遗传 部位：部位：不固定（内含子、基因侧翼序列、插入编码区不固定（内含子、基因侧翼序列、插入编码区 ）21转座子的作用示意图转座子的作用示意图227.7.端粒端粒 线性形式基因组线性形式基因组DNADNA的末端都有一个特殊结构，是一段的末端都有一个特殊结构，是一段DNADNA和蛋白质和蛋白质形成的复合结构形成的复合结构特点：特点：仅存在于真核生物，富含仅存在于真核生物，富含G G的寡核苷酸序列的寡核苷酸序列 多个串联重复序列组成，重复单位为多个串联重复序列组成，重复单位为 5bp-8bp5bp-8bp（-TTAGGG-TTA

27、GGG-） 重复次数为重复次数为800-3000800-3000次，总长度次，总长度5 515kb15kb作用作用：在端粒酶参与下，封闭染色体末端，维持染色体稳定性的作用在端粒酶参与下，封闭染色体末端，维持染色体稳定性的作用 DNADNA复制：复制：由于由于受受DNADNA聚合酶聚合酶特性特性限制，限制，子代子代DNADNA链的最后链的最后 一个片断去除引物后，无法填补空隙，一个片断去除引物后，无法填补空隙，易造成子代易造成子代 DNA DNA链的缩短。链的缩短。 端端 粒粒 酶：酶：由由RNARNA与蛋白质组合成的酶，以自身携带的与蛋白质组合成的酶，以自身携带的RNARNA为模板为模板 合成

28、互补链，直接从末端起始合成互补链，直接从末端起始DNADNA的合成的合成意义：意义：端粒端粒长度与年龄长度与年龄、细胞分裂次数有关，存在性别、种族和组织差、细胞分裂次数有关，存在性别、种族和组织差23DNA甲基化DNA甲基化是指在甲基化酶的作用下，将一个甲基添加在DNA分子的碱基上。DNA甲基化修饰决定基因表达的模式，即决定从亲代到子代可遗传的基因表达状态。DNA甲基化的部位通常在CpG岛的胞嘧啶 胞嘧啶甲基化反应胞嘧啶甲基化反应 DNMT1S-腺苷甲腺苷甲硫氨酸硫氨酸SAM胞嘧啶胞嘧啶5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶24在结构基因的调控区段，CpG二联核苷常常以成簇串联的形式排列。结构基因5端附

29、近富含CpG二联核苷的区域称为CpG岛(CpG islands)。CpG岛是CG二核苷酸含量大于50%的区域。CpG岛通常分布在基因的启动子区域。25基因组印迹：人类基因组中一些基因只表达一种亲源的基因版本，这种现象称为基因组印迹两个亲本等位基因的差异性甲基化型造成了一个亲本等位基因的沉默，另一个亲本等位基因保持等位基因活性(monoallelic activity)。DNA甲基化在法医学可能应用 1 亲子鉴定：从母血中检测胎儿的DNA，应用基因组印记 确定亲代的必需基因。 2 混合斑分析 3 个人识别：年龄判断，甲基化标记和SNP标记的复合分析，同卵双生子的鉴定。 4 组织来源鉴定26 第三

30、节第三节 基基 因因 突突 变变 概念：概念：基因碱基组成的改变，又称为点突变。基因碱基组成的改变，又称为点突变。 野生型野生型-自然界存在的，无自然界存在的，无DNADNA分子改变的个体表型分子改变的个体表型 突变型突变型-突变后的表型突变后的表型 方式：方式：碱基的替换碱基的替换 转换转换-同一类型碱基的替换同一类型碱基的替换 顛换顛换-不同类型碱基的替换不同类型碱基的替换 插入和缺失插入和缺失 在在DNADNA序列中插入或缺失一个或几个碱基序列中插入或缺失一个或几个碱基 后果：后果：编编 码码 区区-碱基突变导致相应密码子的改变碱基突变导致相应密码子的改变 同义突变同义突变 - - 氨基

31、酸不变氨基酸不变 中性突变中性突变 - - 氨基酸改变，不影响蛋白质功能氨基酸改变，不影响蛋白质功能 错义突变错义突变 - - 氨基酸改变，影响氨基酸改变，影响/ /不影响功能不影响功能* 无义突变无义突变 - - 终止密码子形成，产物无功能终止密码子形成，产物无功能 移码突变移码突变 - - 阅读框改变，肽链延长或缩短阅读框改变，肽链延长或缩短 非编码区非编码区-没有表达产物，多不构成实质性影响没有表达产物，多不构成实质性影响 人类非编码区的序列变异远比编码区多人类非编码区的序列变异远比编码区多27第四节第四节 DNA DNA 多多 态态 性性DNA DNA 多多 态态 性性 基因组基因组D

32、NADNA中中, ,由不同碱基结构的由不同碱基结构的等位基因等位基因所形成的多态性所形成的多态性产生机制产生机制点点 突突 变变-序列多态性序列多态性 插入或缺失插入或缺失-长度多态性长度多态性存在部位存在部位编编 码码 区区 非编码区非编码区DNADNA遗传标记遗传标记 是特定的碱基序列是特定的碱基序列 遵循孟德尔遗传规律遵循孟德尔遗传规律 具有终身不变的遗传特征具有终身不变的遗传特征28一、一、DNADNA长度多态性长度多态性同一基因座上各等位基因之间同一基因座上各等位基因之间DNADNA片段长度差异构成的多态性片段长度差异构成的多态性1.1.可变数目串联重复序列广义指小卫星和微卫星可变数

33、目串联重复序列广义指小卫星和微卫星（ STRSTR ） ，狭义指小卫星狭义指小卫星小卫星小卫星(variable number of tandem repeats, VNTR(variable number of tandem repeats, VNTR）特征：特征：重复单位重复单位9bp-24bp9bp-24bp、重复数次至数百次、重复数次至数百次、 总长总长0.1-2.0kd0.1-2.0kd，有特定的染色体定位，有特定的染色体定位多态性结构基础多态性结构基础-不同个体所含串联重复序列拷贝的差异不同个体所含串联重复序列拷贝的差异 不同的个体，不同等位基因的串联次数不同，不同的个体，不同等位

34、基因的串联次数不同， 形成不等长度的等位基因形成不等长度的等位基因 同一基因座，每个等位基因之间的长度差异同一基因座，每个等位基因之间的长度差异 刚好是重复单位的整倍数刚好是重复单位的整倍数 不同基因座，小卫星不同基因座，小卫星VNTRVNTR序列间具有同源性序列间具有同源性核心序列核心序列 可以发生相互杂交可以发生相互杂交 *多基因座多基因座DNADNA探针探针RFLPRFLP分析的理论基础分析的理论基础29 高度多态性高度多态性个人识别的重要依据个人识别的重要依据 某基因座杂合度高某基因座杂合度高100%100% 例：重复单位例：重复单位 17bp17bp 重复次数重复次数 70-4507

35、0-450次次 片段长度片段长度 1190-7650bp1190-7650bp 等位基因数等位基因数 = 381= 381 基基 因因 型数型数 = 72771= 72771个个 H=0.9974H=0.9974 DP=0.99999992 DP=0.99999992 VNTR VNTR等位基因频率等位基因频率0.1%-10% 0.1%-10% 30DNA指纹图指纹图核心序列核心序列-DNA-DNA指纹技术的理论基础指纹技术的理论基础发现：发现：19851985年年JeffreysJeffreys报告报告 人肌红蛋白基因第一内含子人肌红蛋白基因第一内含子 重复单位重复单位3333个碱基，重复个

36、碱基，重复4 4次次 核心序列核心序列1616个碱基个碱基探针：探针：筛选出筛选出8 8个阳性克隆个阳性克隆 核心序列核心序列-GGAGGTGGGCAGGAXG- -GGAGGTGGGCAGGAXG- 确定探针确定探针: :33.6 33.6 AGGGCTGGAGG AGGGCTGGAGG 33.1533.15 AGGTGGGCAGGTGG AGGTGGGCAGGTGG分析：分析：DNADNA酶切片段（酶切片段（HinfIHinfI） 电泳分析电泳分析 转移印迹转移印迹 探针杂交探针杂交 RFLPRFLP图谱（图谱（2020条左右的片段）条左右的片段） * *偶合几率偶合几率1010-11-1

37、1-10-10-12-12312.2.短串联重复序列（短串联重复序列（short tandem repeats, STR)short tandem repeats, STR)特征：特征：重复单位重复单位2bp-6bp 2bp-6bp 不宜用不宜用RFLPRFLP方法分析方法分析 实质也是一种实质也是一种VNTR VNTR PCRPCR扩增没有优势扩增扩增没有优势扩增 重复次数重复次数5 5次次-60-60次，总序列长度次，总序列长度400bp400bp 微卫星微卫星DNADNA 适用于降解适用于降解DNADNA的鉴定的鉴定 最常见是二核苷酸，法医常用的是四核苷酸重复最常见是二核苷酸，法医常用的

38、是四核苷酸重复 必须用高分辨率的电泳方法分离必须用高分辨率的电泳方法分离 分布广泛，人类基因组的分布广泛，人类基因组的5%5%，估计，估计20-5020-50万个万个 检出检出80008000多个，多个，遗传标记数目多遗传标记数目多 绝大多数分布非编码区，极少三核苷酸位于编码区绝大多数分布非编码区，极少三核苷酸位于编码区 32 微卫星大多数是二核苷酸，但在法医物证的鉴定中应用的大多数是四核苷酸，因为其STR重复PCR扩增结果更稳定，产生的附加带、影子带少，容易分型，所以在法医物证学上应用最为广泛。 三核苷酸重复长度的变异可导致疾病，脆性X综合征、X连锁脊髓和延髓性萎缩和肌强直性营养不良症等遗传

39、疾病的发生是三核苷酸串联重复的拷贝数大大增加所致。 33类型类型：根据重复单位的碱基组成分为以下三类：根据重复单位的碱基组成分为以下三类： 重复单位长度重复单位长度 重复单位组成重复单位组成 简单重复序列简单重复序列 基本一致基本一致 基本一致基本一致 复合重复序列复合重复序列 基本一致基本一致 组成不同组成不同 复杂重复序列复杂重复序列 长度不同长度不同 组成不同组成不同筛选筛选 基本条件：基本条件： 多态性程度高多态性程度高 、扩增稳定性好、扩增稳定性好 1. 1.等位基因长度等位基因长度300bp0.80.8，个人识别能力，个人识别能力0.90.9 5. 5.基因频率分布比较平均基因频率

40、分布比较平均 6.PCR 6.PCR扩增稳定、突变率低扩增稳定、突变率低34复杂重复序列复杂重复序列35命名命名 基基 因因 座座 结构基因结构基因内含子内含子中中STRSTR基因座基因座 - -按按STRSTR序列的序列的GenBankGenBank注册基因名称命名注册基因名称命名 例：例：HumTH01 HumTH01 酪氨酸羟化酶基因第酪氨酸羟化酶基因第1 1内含子内含子 非编码非编码区区/ /定位不清的定位不清的STRSTR基因座基因座 -Genome Database -Genome Database原始序号原始序号 例：例：D3S1359 DNA 3D3S1359 DNA 3号染色

41、体号染色体; ;单拷贝单拷贝;1359;1359号号 等位基因等位基因 不同实验室检验结果的可比性和重复性不同实验室检验结果的可比性和重复性 按照重复单位次数命名按照重复单位次数命名 5-GGTCATCATCATGG-3 “TCA TCA 5-GGTCATCATCATGG-3 “TCA TCA TCA”TCA” “CAT CAT CAT” “CAT CAT CAT” * * 从离从离55端最近的核苷酸开始定义端最近的核苷酸开始定义 含有不完全重复的等位基因含有不完全重复的等位基因 （完整重复等位基因数）（完整重复等位基因数）（不完全碱基数）（不完全碱基数） 例例:TH01:TH01基因座基因座

42、9.39.3基因基因 ATGATG4 4ATGATGAATGAATG5 5 363.3.长度多态性形成机制长度多态性形成机制（1）复制滑动）复制滑动类型：类型：正向链正向链3-5的滑动错配的滑动错配 在正向链中在正向链中插入插入1个重复单位个重复单位 反向链反向链3-5的滑动错配的滑动错配 正向复制链中正向复制链中缺失缺失1个重复单位个重复单位特点特点：1.多发生在相似碱基结构区域，更倾向较短重复序列多发生在相似碱基结构区域，更倾向较短重复序列 是是STR多态性的主要原因多态性的主要原因 2.插入比缺失多见，卫星序列有自我加速复制、延长插入比缺失多见，卫星序列有自我加速复制、延长 该序列，可以

43、减轻编码区承受的选择压力该序列，可以减轻编码区承受的选择压力 3.滑动错配是滑动错配是DNA半保留复制的关系半保留复制的关系 只要出现不对称环，多为滑动错配只要出现不对称环，多为滑动错配3738（2 2）同源重组同源重组概念：概念：发生在联会复合体内的，同源染色体的两条非姊妹染发生在联会复合体内的，同源染色体的两条非姊妹染 色单体之间的遗传物质交换色单体之间的遗传物质交换 条件条件 1.1.交换区域的核苷酸序列必须相同或相似交换区域的核苷酸序列必须相同或相似 2. 2.交换链间碱基互补，重组发生在同一基因座交换链间碱基互补，重组发生在同一基因座 3.DNA3.DNA序列的交换在重组酶催化下进行

44、序列的交换在重组酶催化下进行机制机制：不等交换不等交换-交换双方地位平等，但数量不一定相等交换双方地位平等，但数量不一定相等证据：证据：核心序列核心序列G/CG/C含量与碱基序列和大肠杆菌含量与碱基序列和大肠杆菌序列类似序列类似 序列是原核生物基因组序列是原核生物基因组DNADNA重组的信号重组的信号 以以VNTRVNTR的核心序列为探针与减数分裂中期的人染色体的核心序列为探针与减数分裂中期的人染色体杂交，发现杂交，发现信号集中在染色体着丝点及附近信号集中在染色体着丝点及附近意义：意义：法医学法医学-形成形成DNADNA片段长度多态性片段长度多态性 遗传学遗传学-非编码区的小卫星高度遗传变异减

45、轻编码非编码区的小卫星高度遗传变异减轻编码区选择压力，维持物种稳定区选择压力，维持物种稳定39交叉上方染色体交叉上方染色体位置不变，下方位置不变，下方绕交联桥转绕交联桥转180度度Holliday结构结构40（3 3）基因的结构重排）基因的结构重排概念：概念：通过基因的转座，通过基因的转座，DNADNA的断裂错接使正常基因顺序发的断裂错接使正常基因顺序发 生改变生改变机制机制：结构重排是一种：结构重排是一种DNADNA双链断裂的修复过程。双链断裂的修复过程。 DNADNA断裂（断裂（55端的重复序列内）端的重复序列内）-形成两个游离末形成两个游离末 修复过程中：末端的因摆动或错位修复过程中：末

46、端的因摆动或错位基因转移移动基因转移移动部位部位：基因内重排基因内重排-单链末端的碱基率先复复性单链末端的碱基率先复复性 然后合成空缺的碱基，形成插入重复单位然后合成空缺的碱基，形成插入重复单位 TCC TCC TCC TCC TCCTCC TCC TCC TCC TCC TCCTCC TCC TCCTCC TCC AGG AGG AGG AGG AGGAGG AGG AGG AGG AGG AGG AGG AGG AGG AGGAGG 基因间重排基因间重排-游离单链末端侵入对应染色单体基因游离单链末端侵入对应染色单体基因 形成同源染色单体基因移动形成同源染色单体基因移动 （1 1）部分重复单

47、位的转移）部分重复单位的转移 （2 2）基因共转移（部分重复单位）基因共转移（部分重复单位+ +侧翼侧翼SNPSNP） （3 3）基因间重组交换）基因间重组交换41 基因内重排基因内重排 基因间重排基因间重排 42二、二、DNADNA序列多态性序列多态性概念：概念：是指一个基因座上，因不同个体是指一个基因座上，因不同个体DNADNA序列有一个或多序列有一个或多 个碱基的差异而构成的多态性。个碱基的差异而构成的多态性。 即：同一基因座上所有的等位基因即：同一基因座上所有的等位基因DNADNA长度相同长度相同 但它们之间的序列存在差异。但它们之间的序列存在差异。原因：原因：点突变点突变 物种进化物

48、种进化对自然选择的回应对自然选择的回应 法法 医医 学学提供大量的遗传标记提供大量的遗传标记 单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP)single nucleotide polymorphism,SNP) - -在人类基因范围内，如果任何单碱基突变使特定核苷酸位置上在人类基因范围内，如果任何单碱基突变使特定核苷酸位置上 出现两种碱基，其中最少的一种在群体中的频率不少于出现两种碱基，其中最少的一种在群体中的频率不少于1%1%。特点：特点：二态基因二态基因-利于信息的自动化分析利于信息的自动化分析 含量丰富含量丰富-在基因组中至少有在基

49、因组中至少有300300万个万个SNPSNP期望：期望：高通量分型检测的技术难题高通量分型检测的技术难题 43概念：概念：DNADNA变性变性 DNADNA降解降解DNADNA复性复性 分子杂交分子杂交 TmTm值值 基因表达基因表达 断裂基因断裂基因 重叠基因重叠基因 重复序列重复序列 串联重复序列串联重复序列 多基因家族多基因家族端粒端粒 DNADNA多态性多态性 DNADNA长度多态性长度多态性 DNADNA序列多态性序列多态性 核心序列核心序列小卫星变异单位多态性小卫星变异单位多态性 同源重组同源重组 VNTR STR VNTR STR 小卫星小卫星DNADNA和微卫星和微卫星DNAD

50、NA的主要区别的主要区别。44DNADNA一级结构的生物学意义主要有一级结构的生物学意义主要有-和和-。碱基配对原则的生物学意义碱基配对原则的生物学意义-，-和和-。影响复性的主要因素是影响复性的主要因素是-和和-。DNADNA复制的过程包括复制的过程包括-、-和和-。DNADNA聚合酶具有聚合酶具有-、-和和-功能。功能。聚合酶实现聚合酶实现DNADNA复制的条件是复制的条件是-、-、-和和-。保证复制忠实性有保证复制忠实性有-和和-两种机制两种机制基因表达包括基因表达包括-和和 -两个过程。两个过程。主要的主要的DNADNA修复方式是修复方式是-和和-。基因分为基因分为-、-、-和和-三。三。真核生物基因的特点是真核生物基因的特点是-。重复序列分重复序列分-、-、和、和-三类。三类。线粒体线粒体DNADNA突变率高的原因有突变率高的原因有-、-、-和和-。线粒体线粒体DNA DNA 的特点的特点-、-、-、-和和-。基因突变的后果基因突变的后果-、-、-、-和和-。STRSTR的三种结构类型有的三种结构类型有-、-和和-。STRSTR筛选条件筛选条件-、-、-、-、-和和-长度多态性形成的机制长度多态性形成的机制45