2014 第二学期选修课

2014 第二学期 姓名：赵光宇 学号：L91214033 1.简述 PCR 技术的原理及发展历史？ 答：PCR 技术原理： 定义：简称 PCR。聚合酶链反应（PCR）是体外酶促合成特异 DNA 片段的一种方法，由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸 等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的 DNA 得以迅速扩增， 具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。它不仅可用于 基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究，还可用于疾病的诊断 或任何有 DNA,RNA 的地方聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction，简称 PCR）又称无细胞分子克隆或特异性 DNA 序列体外 引物定向酶促扩增技术。 PCR（聚合酶链反应）技术原理：该技术是在模板 DNA、引物 和四种脱氧核糖核苷酸存在下，依靠于 DNA 聚合酶的酶促合成反 应。DNA 聚合酶以单链 DNA 为模板，借助一小段双链 DNA 来启 动合成，通过一个或两个人工合成的寡核苷酸引物与单链 DNA 模 板中的一段互补序列结合，形成部分双链。在适宜的温度和环境下， DNA 聚合酶将脱氧单核苷酸加到引物 3-OH 末端，并以此为起始点， 沿模板 53 方向延伸，合成一条新的 DNA 互补链。 发展历史： 人类对于核酸的研究已经有 100 多年的历史。20 世纪 60 年代 末 70 年代初，人们致力于研究基因的体外分离技术。但是，由于核 酸的含量较少，一定程度上限制了 DNA 的体外操作。Khorana 于 1971 年最早提出核酸体外扩增的设想。Khorana 及其同事于 1971 年 提出：“经过 DNA 变 性，与合适引物杂交，用 DNA 聚合酶延伸引 物，并不断重现该过程便可克隆 tRNA 基 因”。但是，当时的基因 序列分析方法尚未成熟，对热具有较强稳定性的 DNA 聚合酶还未 发现，寡核苷酸引物的合成仍处在手工、半自动合成阶段，这种想 法似乎没有任何实际意义。 1985 年，美国科学家 Kary Mullis 在高速公路的启发下，经过两 年的努力，发明了 PCR 技术，并在 Science 杂志上发表了关于 PCR 技术的第一篇学术论文。其原理类似于 DNA 的体内复制，只是在 试管中给 DNA 的体外合成提供一种合适条件。开始是使用大肠杆 菌 DNA 聚合酶 Klenow 片段来扩增人基因组中的特异片段。由于该 酶不耐热，因此，每次 加热变性 DNA 后都要重新补加 Klenow 酶。 在操作多份标本时，这一过程耗时，费力， 且易出错。耐热 DNA 聚合酶的应用使得 PCR 反应更易于自动化，继而 PE-Cetus 公司推 出了第一台 PCR 热循环仪，使该技术的自动化成为现实。从此， PCR 技术得到了生命科学界的普遍认同，Kary Mullis 也因此而获得 1993 年的诺贝尔化学奖。 但是，最初的 PCR 技术相当不成熟，在 当时是一种操作复杂、成本高昂、 “中看不中用 ”的实验室技术。1988 年初，Keohanog 通过对所使用的酶的改进，提高了扩增的真实性。 而后，Saiki 等人又在黄石公园从生活在温泉中的水生嗜热杆菌内提 取到一种耐热的 DNA 聚合酶，使得 PCR 技术的扩增效率大大提高。 也正是由于此酶的发现使得 PCR 技术得到了广泛地应用，使该技术 成为遗传与分子生物学 分析的根本性基石。 在以后的几十年里，PCR 方法被不断改进：它从一种定性的分 析方法发展到定量测定；从原先只能扩增几个 kb 的基因到目前已能 扩增长达几十个 kb 的 DNA 片段。到目前为止，PCR 技术已有十几 种之多，例如，将 PCR 与反转录酶结合，成为反转录 PCR，将 PCR 与抗体等相结合就成为免疫 PCR 等。 2.亲子鉴定的原理？社会意义及预测下未来的应用？ 定义： 亲子鉴定就是利用法医学、生物学和遗传学的理论和技术，从 子代和亲代的形态构造或生理机能方面的相似特点，分析遗传特征， 判断父母与子女之间是否是亲生关系，是法医物证鉴定的主要组成 部分，亲子鉴定在中国古代就已有之，如滴骨验亲，滴血验亲等。 （1）原理: 判定亲生关系的理论依据是孟德尔遗传的分离律。按照这一规律， 在配子细胞形成时，成对的等位基因彼此分离，分别进入各自的配 子细胞。精、卵细胞受精形成子代，孩子的两个基因组一个来自母 亲，一个来自父亲；因此同对的等位基因也就是一个来自母亲，一 个来自父亲。鉴定结果如果符合该规律，则不排除亲生关系，若不 符合，则排除亲生关系（变异情况除外） 。在大多数的情况下，母、 子关系是已知的，要求鉴定假设父和孩子是否亲生关系。此时首先 从母、子基因型的对比中，可以确定孩子基因中可能来自父亲的基 因（生父基因，OG） 。然后观察假设父亲的基因型，如果不具有生 父基因，则可排除假设父与孩子的亲生关系。若假设父也具有生父 基因，结果就不能排除假设父的亲生关系，假设某案例中母亲是 FGA-22/23型，孩子为 22/25型，从比较中可确定生父基因是 FGA- 25。此案中假设父1为 FGA-22/24型；假设父 2为24/25 型。其中假设 父1不具备生父基因25，故可排除他与孩子的亲生关系；相比之下， 假设父2因具有 FGA-25，不排除与孩子有亲生关系。根据此原理， 亲子鉴定步骤如下 第一步：DNA 提取 把样本细胞核中所含有 DNA 提取出来，然后进行一定的纯化， 化除样本中的杂质。 第二步：PCR 扩增 PCR 的中文名为聚合酶链式反应，简单的说，华科基因 PCR 扩 增这一步就是把我们所需要的片段通过酶促反应，在 PCR 仪上进行 大量复制，放大到通过某些专用仪器可以看到的程度。 第三步：后 PCR 反应 这一步主要是上 ABI 测序仪检测的准备阶段，将双链的 DNA 打 开，加一些检测用的的内标，主要是用来标记检测的片段长度。 第四步：毛细管测序仪检测 由于 DNA 带有电荷，通过毛细管电泳的方法，不同片段 DNA 长度的电泳速度不同，在同样的电压，同样的电泳时间下，泳动的 距离不同，这些长短不同距离可以通过前期加入的内标测量分辨出 来，同时可通过一定的软件显示在电脑上，方便检测人员处理和分 析数据。 第五步：分析数据，出具报告 主要是检测人员将所得结果进行分析汇总、计算，然后出鉴定结 论和报告。 （2） 社会意义： 亲子鉴定包括司法鉴定和个人鉴定。DNA 亲子鉴定技术作为现 代医学的先进产物，对社会方方面面其到了积极的作用，在司法鉴 定应用上:在刑事案件中，运用 DNA 亲子鉴定技术帮助被拐卖儿童 查找生身父母，通过与亲属进行 DNA 比对可以查找无名尸源的身 份; 通过比对受性侵害妇女的胎儿就可以查找和确定犯罪嫌疑人; 通过 亲子关系鉴定就可以分析锁定整容或在逃的犯罪嫌疑人，等等。而 且 DNA 亲子鉴定技术对于陈旧的材料具有很强的检验能力，在刑 事案件侦破方面发挥了重大的作用，减少了冤假错案发生的几率。 在许多民事审判中，DNA 亲子鉴定结论往往是一个案件最重要，甚 至是唯一的证据，亲子鉴定运用到民事司法领域中，主要解决亲子 关系争端。在民事应用上：对于失散的亲子寻回具有帮助确定作用， 同时可以明确知道自己与自己的父母，子女是否确实存在血缘关系。 （3）未来应用： 刑事案件方面 1、强奸致孕，需要确定犯罪嫌疑人； 2、高度腐败的无名尸体或骸骨，需要确定身份的； 3、对拐卖的儿童进行的亲子鉴定； 4、交通事故致死，亲属需要认领尸体求得应有赔偿。 民事案件方面 1、办理移民；2、子女户口登记；3、财产继承纠纷；4、怀疑 婴儿被调换；5、超生子女的血缘鉴定；6、非婚生子女的血缘鉴定； 7、失散子女的血缘鉴定；8、男子想证实孩子是否是亲生；9、被领 养的孩子寻找亲生父母；10、帮助寻找失散的家庭成员；11、鉴别 双胞胎是否来自同一父亲；12、帮助妇女从孩子生父处获得子女抚 养费用；13、帮助父母亲取得亲生子女的监护权和探视权；14、试 管婴儿的血缘鉴定，鉴别经体外授精获得的试管婴儿有无实验室的 差错； 3.你所了解的生物识别技术？详细介绍两种技术及列举该 技术案例。 答：所谓生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感 器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理 特性，(如手形、指纹、脸型、虹膜、视眼膜、脉搏、耳廓等) 和行 为特征(如笔迹、声音、步态、按键力度等) 来进行个人身份的鉴定。 a 指纹识别：指纹是灵长类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形 成的纹路，也可指这些纹路在物体上印下的印痕。纹路的细节特征 点有起点、终点、结合点和分叉点。由于每个人的指纹并不相同， 同一人的不同手指的指纹也不一样，指纹识别就是通过比较这些细 节特征的区别来进行鉴别。指纹识别技术是一种生物识别技术。指 纹识别系统是一套包括指纹图像获取、处理、特征提取和比对等模 块的模式识别系统。 指纹识别应用案例：指纹识别常用于需要人员身份确认的场所 如门禁系统、考勤系统、笔记本电脑、银行内部处理、银行支付等。 b 面部识别又称人脸识别、面像识别、面容识别等等，面部识别 使用通用的摄像机作为识别信息获取装置。以非接触的方式获取识 别对象的面部图像，计算机系统在获取图像后与数据库图像进行比 对后完成识别过程。面部识别是基于生物特征的识别方式 ，与指纹 识别等传统的识别方式相比，具有实时、准确、高精度、易于使用、 稳定性高、难仿冒、性价比高和非侵扰等特性，较容易被用户接受。 人脸识别技术中被广泛采用的区域特征分析算法，它融合了计算机 图像处理技术与生物统计学原理于一体，利用计算机图像处理技术 从视频中提取人像特征点，利用生物统计学的原理进行分析建立数 学模型,即人脸特征模板。利用已建成的人脸特征模板与被测者的面 像进行特征分析，根据分析的结果来给出一个相似值。通过这个值 即可确定是否为同一人。 应用案例：目前生物识别技术已广泛用于政府、军队、银行、 社会福利保障、电子商务、安全防务等领域。例如，一位储户走进 了银行，他既没带银行卡，也没有回忆密码就径直提款，当他在提 款机上提款时，一台摄像机对该用户的眼睛扫描，然后迅速而准确 地完成了用户身份鉴定，办理完业务。这是美国德克萨斯州联合银 行的一个营业部中发生的一个真实的镜头。而该营业部所使用的正 是现代生物识别技术中的“虹膜识别系统” 。此外，美国 “9.11”事件后， 反恐怖活动已成为各国政府的共识，加强机场的安全防务十分重要。 美国维萨格公司的脸像识别技术在美国的两家机场大显神通，它能 在拥挤的人群中挑出某一张面孔，判断他是不是通缉犯。 随着技 术的进一步成熟和社会认同度的提高，人脸识别技术将应用在更多 的领域。 4.案例分析（王丽涓案）： （1）在此案件中分析如何确定女焦尸为王丽涓的？ 答：1、王丽涓父母到医院抽取血液作 DNA 检验核对，调查女焦尸的 DNA 比对结果。从王丽涓身上的骨骼、血液及细胞组织证实其 DNA 染色体分析，与王丽涓父母王美钟和芭丽 DNA 染色体分析拥有结合 之处，说明焦尸身份是王丽涓 。根据亲生关系的理论，即孟德尔遗 传的分离律，证实死者的身份。 （2）分析案件中 DNA 相关的证据有哪些，如何起到证据 作用？ DNA 证据：a.嫌犯进行抽血和精液作 DNA 检验，以核实沾染在车 后座的精液和毛发是否嫌凶在强奸死者后留下。 b.被告家里搜获的黑蓝色牛仔裤、红色 T-恤、腰带、一双鞋子及 袜子，蓝黑色牛仔辅沾有血迹和精液，并绑一条黑色腰带，而其鞋 子里有袜子，鞋子虽有血迹，但袜子没有任何液体痕迹，红色 T 恤 则有血迹。 这些证物中，有部份被证实含有死者的 DNA。 c.从王丽涓阴道内所取出的液体证物，通过 DNA 化验后，证实与 被告阿末那吉的 DNA 吻合。 如何起到证据作用：所获得的 DNA 通过计算机方程式进行分化、 分析及对 16 个染色体编码，精准度可达 99.9%。分析员按照质量守 则进行，包括在不同