物证分析的遗传学基础.ppt

第 二 章 物证分析的遗传学基础,遗 传 学 定义：研究生物遗传和变异规律的一门科学 遗传-子代和亲代相似性没有遗传，变异不能积累 变异-生物个体间的差异没有变异，失去进化动力 遗传和变异是生物界最基本的两个特征 遗传-是相对的、保守的使生物体特征得以延续 * 亲子鉴定的理论基础 变异-是绝对的、发展的使生物界具有形形色色 * 个人识别的分子学基础 内容：遗传物质的本质-化学本质、遗传信息、结构和变化 遗传物质的传递-复制、遗传规律和基因的数量变迁 遗传信息的实现-基因的功能、相互作用，作用调控,第一节 基 本 概 念 一、基因（gene） 基因是指位于染色体（或线粒体）上，能够表达出特定 功能的产物，并决定生物体特定性状的一段DNA序列。 1865年 孟德尔（奥地利）-遗传因子- 抽象的概念 1909年 约翰逊（丹 麦）-基 因- 染色体为载体 1953年 华 生 和 克里克 -核酸结构- 双螺旋结构 基因是DNA分子上具有遗传学效应的核苷酸序列 -基 因 组计划：人类基因组全部30亿个核苷酸对的排列顺序 基因是遗传信息传递、表达、性状分化发育的依据 -基因组后时代：基因组编码的蛋白质的功能 DNA序列中含有的遗传信息的生物学功能,基因座位：基因在染色体上的一个特定位置 不同的基因座沿染色体直线排列 基因本身在结构和功能上也存在着差异 位于一对同源染色体上，位置相同，控制同一 性状的一对基因称为等位基因。 一个基因座上具有3个或3个以上的等位基因， 称为复等位基因。 基因是可分的，也是可移动的，它不是固 定不变在染色体上的静止结构 基因互作：基因互作最常见的是等位基因间的相互作用 *显性、隐性和共显性关系,二、基因型（genotype） A A A O B B B O A B O O 概念：基因的不同组合形式称为基因型 * 是生物体可见性状的实际基因组成 广 义-一个个体的遗传结构或组成 狭 义-一个特定基因座上等位基因的组合 * 在人类等二倍体生物中染色体是成对存在 类型：每个基因座上的等位基因成对存在 纯合子-成对的等位基因相同的合子 杂合子-成对的等位基因不同的合子,三、表型（phenotype） 概念：是指生物体某特定基因所表现出的性状。 是基因型和环境因素相互作用的结果 形式：生物体所表现的形态、生理和生物化学特征 生物中能被描述或量度的任何生物学性质 特点：有些性状是不遗传的、或是短暂的过度状态 有些性状能以不同的类型按一定比例在几代 维持不变 可检测的，由遗传决定的，并能够以一定的 规律从亲代传给下一代的形态学、生理学及 分子生物学特征，称为单位遗传性状。,遗传标记 概念：单位遗传性状作为标识用以识别携带它的个 体、细胞、染色体或用以研究家系和群体的 遗传方式时，称为遗传标记。 特征：可遗传性、可识别性 遗传标记具有个体特异性 -个人识别的重要依据 遗传标记按一定规律遗传 -亲子鉴定的理论基础 种类：形态学遗传标记 细胞学遗传标记 生物化学遗传标记 免疫学遗传标记,法医遗传标记分类,表达产物水平 DNA分子水平,红细胞血型 白细胞血型 血小板型 血清型 酶型其他 DNA序列多态性 DNA长度多态性,血型的概念 狭义血液中细胞表 面有遗传决定 的抗原差异 广义由遗传决定的 人类血液的个 体差异,第二节 遗 传 规 律 基 因 组-一个生物体的所有基因或遗传物质 核内DNA 常染色体 孟德尔定律 性染色体 (Y)男性伴性遗传 核外DNA 线粒体DNA 母系遗传,一、孟德尔定律 分 离 律：在配子形成时，成对的等位基因彼此分离，并 独立地分配到不同配子中 每个配子中只含有亲代一对基因中的一个 法医学意义：亲子鉴定的理论基础 （1）在肯定孩子的某个等位基因是来自生父，而被控父 亲并不携带有这个基因的情况下，可以排除他是孩子 的生父。 （2）在肯定孩子的某些基因是来自生父，而被控父亲也 带有这些基因的情况下，不能排除他是孩子的生父,自由组合律：在配子形成时，不同基因座上的非等位基因彼 此分离后，随机地自由组合，形成子代基因型 子代基因型中各含有父方和母方的一个基因 先决条件：各基因座间没有遗传连锁关系 法医学意义：检验结果统计分析的理论基础 个人识别-累计鉴别几率的计算 亲子鉴定-累计父权排除概率 要求：选择符合自由组合律的遗传标记 位于不同染色体上 在同一染色体上相距较远的位置 通过群体调查证实没有遗传连锁关系,二、非孟德尔遗传规律 1.母 系 遗 传(线粒体DNA) (1) 遗传物质位于细胞其中，不受核移植的影响 (2) 无有丝分裂和减数分裂的周期变化 (3) 子代只表达母方的特征 应用：母系进化研究，缺乏父亲的亲子鉴定，其他 2.男性伴性遗传(Y染色体DNA) （1）Y染色体非重组部分的DNA序列 （2）连锁遗传（以单倍体形式遗传） （3）只遗传给男性子代 应用：父系进化研究，缺乏母亲的亲子鉴定，性犯罪,第三节 群 体 遗 传 群体遗传学研究的基本单位-孟德尔群体 是指在一定地域内一群随机婚配，能实现基因世代传递, 并保持稳定的许多个体的集群。 群体遗传学研究的主要内容-遗传结构 是指孟德尔群体中基因及基因型的种类和频率 * 受群体大小、突变率、选择压力、遗传演变变、人口 移居、婚配方式等各种因素的影响 群体遗传学 研究群体的遗传组成结构及其演变规律一门科学 研究群体中基因的分布及逐代传递中维持 和改变基因频率和基因型频率的因素,一、遗传多态性 基本概念：是指一个群体中，同时存在两种或两种 以上的不连续的变异型或等位基因，每 种类型的比例不是由重复突变来维持的 （基因频率0.01） 形成机制：基因突变 群体的遗传多态性 个体的遗传独特性 主要类型：表 型 多态性 染色体多态性 抗 原 多态性 蛋白质多态性 酶 多 态 性 DNA 多 态 性 主要参数：基因频率、基因型频率及表型频率,表 型频率 就某一性状而言，某一表型在群体中所占的百分比 计算 由群体的调查 基因型频率 在一个群体中，某种基因型数目占该基因座上所有基因型 总数的百分比 计算 由表型频率和基因频率计算 基 因频率 在一个群体中，某等位基因数目占该基因座上所有等位基 因总数的百分比 计算 基 因 型明确-计数法 存在隐性基因-方根法、最大似然量估计 某群体MN血型调查结果：M型20人，MN型 50人，N型30人 表型频率 = 表型数目 / 调查人总数 基因频率 =,2纯合子数+含该等位基因的杂合子数 2总观察个体数,二、Hardy-Weinberg平衡定律 Hardy英国数学家，Weinberg德国医生分别提出的 阐述了繁殖对群体的基因和基因型频率的影响作用 定律内容：在一个无限大的随机婚配群体中、在无大规模 迁移、无突变 和 无选择的情况下，群体中的 基因频率和基因型频率在逐代传递中保持不变 数学表达：( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 纯合子基因型频率=该基因频率平方 杂合子基因型频率=两基因频率乘积的二倍 应用意义：（1）估计基因频率 （2) 估计群体调查资料的可靠性,估计基因频率 分析 ：基 因 A , a p + q =1 基因型 AA Aa aa p2 +2pq+q2 =1 表 型 A型 a型 计算 ：a等位基因的频率（q） = q2 A等位基因的频率（p） = 1 - q 实例：某群体调查结果：A型75人，a型25人 aa基 因 型 频率 = 25 / 100 = 0.25 a等位基因频率 （q）= 0.25 = 0.5 A等位基因频率（p）= 1 - 0.5 = 0.5,估计群体调查资料的可靠性,群体1 表型 观测值 4 8 4 合计 16 p=0.5 q=0.5 群体2 表型 观测值 4 12 4 合计 20 p=0.5 q=0.5,理论值 差值 4 （0.5216） 0 8 （20.5216） 0 4 （0.5216） 0 16 0 理论值 差值 5 （0.5220） 1 10（20.5220） 2 5 （0.5220） 1 20 4,卡方分析 计算2：2 = （观察值 期望值）2 期望值 纯合子基因型期望值=基因频率2样本数 杂合子基因型期望值=2基因频率乘积样本数 求 p 值：自由度（df ) = 观察基因型 等位基因数 p0.05 无显著性差异 说明所调查的群体达到了遗传平衡-调查数据可信 p0.05 差异显著 被调查群体未处于遗传平衡 遗传标记分型技术或标准出现误差 没有达到随机抽样的要求,群体1 表型 观测值 期望值 （A-T)2 p=0.5 q=0.5 4 4 0 8 8 0 df=3-2=1 4 4 0 p0.05 =3.84 合计 16 16 0 2 = 0/4 + 0/8 + 0/4 = 0 p0.05 群体2 表型 观测值 期望值 (A-T)2 p=0.5 q=0.5 4 5 1 12 10 4 df=3-2=1 4 5 1 p0.05 =3.84 合计 20 20 6 2 =1/5+4/10+1/5=0.2+0.4+0.2=0.8,2 = （观察值 期望值）2 / 期望值,注意：1.基因型数目指实际观测到的类型数目 2.计算STR群体调查时常需要将低频基因型数合并,第四节 遗传标记的法医学应用参数 1.杂合度-评估遗传多态性程度 概念：群体中某个遗传标记所有基因型中杂合子所占的比例 计算： 样本中杂合子数目 样本中个体数 基因差异度某一遗传标记在某群体中的变异程度 其本质与杂合度意义相同。,观察值 h = 期望值 H = 1-Pi2 k 等位基因数,n k n 等位基因总数 n-1 i=1 Pi 第i个基因频率,2.个人识别率（probability of discrimination power,DP) -评价遗传标记识别无关个体效能大小的指标 概念：群体中随机抽取两个体，其遗传标记表型不相同概率 n n-某遗传标记的表型数目 公式：DP = 1 Pm = 1 Pi2 i=1 Pi-该群体第i个表型频率 Pm指人群中随机抽取两个无关个体，在某一个基因 座上二者表型纯粹由于机会而一致的概率。 累计：评价多个遗传标记系统识别无关个体综合能力 TDP = 1- (1-DP1 ) ( 1-DP2 ) ( 1-DP3 ).( 1-DPk ) k = 1- Pm1Pm2Pm3 Pmk = 1-Pj j=1 强调：适用乘积公式的前提条件是遗传标记独立遗传,3.非父排除率（excluding probability of paternity) -评估某遗传标记系统在亲权鉴定案件中的实用价值 也称为父权排除概率（probability of exclusion, PE） 概念：通过检测遗传标记，能将不是生父的个体排除的几率 计算：非父排除率与遗传标记的遗传方式有关 二等位基因 显隐性 PE = pq4 共显性 PE = pq(1pq) 复等位基因 PE = pi(1-pi)2-1/2pi2pj2(4-3pi-3pj) 累计：CPE=1-(1-PE1)(1-PE2).(1-PEk)=1-(1-PEk),基因座独立性分析 连 锁 平 衡-基因座间没有相关性的状态 一般规律：位