科学·技术·社会　DNA指纹技术

DNA指纹技术,一、什么是DNA指纹,我们每个人的指纹都是独一无二的，目前世界上尚未发现有完全一样的指纹。我们的DNA也是如此，每个人都有一套属于自己的“DNA指纹”。那么什么是DNA指纹呢？,其实就是把DNA作为像指纹那样的独特特征来识别不同的人。DNA指纹技术能够检测出我们的DNA指纹，并被用于个体识别、确定亲缘关系、医学诊断及寻找疾病连锁的遗传标记。在动物进化研究中可用于探明动物种群的起源及进化过程；在物种分类学中可用于区分不同物种以及同一物种不同品系的潜力，在作物的基因定位以及育种上也有广泛的应用。,早在1984年，英国莱斯特大学的遗传学家Jefferys及其合作者首次通过DNA分子生物学实验方法获得了一系列可以在胶片上看到的图纹，这些图纹极少有两个人完全相同，故称为“DNA指纹”，意思是它与人的指纹一样是每个人所特有的。人类历史上第一个用DNA指纹破案的例子也是由Jefferys参与完成的。在1986年的一起发生在英国列斯特郡的奸杀案中，Jefferys使用DNA指纹成功的证明了当时一名嫌疑男子并非真正凶手。,遗传学家Jefferys和第一张DNA指纹,人类基因组DNA中贮存着可供正常生存和遗传的信息，这些信息以基因、密码的形式排列组合在DNA分子之中，其中能够制造蛋白质的基因约有8万个。DNA序列中存在三种类型：单拷贝序列、中等程度重复序列和高度重复序列。重复序列就是一种序列在DNA分子中重复出现几百次、几千次、几万次甚至百万次，它们占DNA总序列的3%-4%。每个重复序列在300个核苷酸长度之内。,由于高度重复序列经超速离心后以卫星带出现在主要DNA带的邻近处，所以也被称为“卫星DNA”。卫星DNA中的重复序列单元则称为“小卫星DNA”。,“小卫星DNA”具有高度的可变性，不同个体，彼此不同。但“小卫星DNA”中有一小段序列则在所有个体中都一样，称为“核心序列”。如果把核心序列串联起来作为分子探针，与不同个体的DNA进行分子杂交，就会呈现出各自特有的杂交图谱，它们与人的指纹一样，具有专一性和特征性，因人而异，因此被称为“DNA指纹”。,二、DNA指纹图谱的构建,国外在20世纪70年代发展起来的DNA片段分析技术限制性片段长度多态性标记（RFLP）在许多领域都有成功的应用，也常用于构建各种DNA指纹图谱。但目前人们已普遍感到RFLP方法技术步骤繁琐费时费力，应用不便。自20世纪80年代中期PCR技术诞生以来，因其操作简便、不需使用同位素、灵敏度高、特异性强等优点，迅速被用于相关领域。RAPD技术目前广泛用于中药DNA指纹图谱的构建，在目前绝大多数药用动植物DNA序列还未知的情况下，RAPD技术具有广阔的应用前景。,三、DNA指纹的特点,多位点性DNA指纹区中的绝大多数区带是独立遗传的，因此一个DNA指纹探针能同时检测基因组中数十个位点的变异性。简单的遗传方式DNA指纹图中的区带是可以遗传的，这不同于人的指纹。DNA指纹区带遵循简单的孟德尔遗传方式。后代图中的每一条带都可以在双亲之一的图中找到，只有0.004的可能性使子女中的一条带不能在其父母中的图中找到。同一个体无病变的不同组织产生的DNA指纹图完全相同，并能在培养的细胞株中维持下去。需要说明的是，同卵双胞胎的DNA指纹图完全相同。,高度变异性不同的个体或群体有不同的DNA指纹图。一般选用任何一种识别四个碱基的内切酶来切DNA，经过电泳后，这种个体间差异性就能表现出来。英国遗传学家杰弗里斯对白种人研究表明，两个随机个体具有完全相同的DNA指纹图的概率为3000亿分之一，两个同胞个体具有相同图谱的概率也仅仅为200万分之一。,四、DNA指纹术的工作原理,1、将送检的各种生物学检样如毛发、血痕、精斑、人体组织或白骨等，把其中所含的DNA提取出来。2、如果提取的DNA量很少，可以将DNA样品进行PCR扩增，得到大量的所需DNA。3、选用与探针配对的限制性核酸内切酶，在长链DNA位置上加以切割，将分子量很大的DNA长链切成许多长度不同的小片段。,4、在胶板尺寸较长的凝胶电泳仪中，对酶解完全后的DNA片段进行电泳，各酶切片段就会按其长度大小在电场中进行分离。5、先用碱性溶液使凝胶板中分离开的双链DNA片段变性为单链片段，然后将凝胶板夹在尼龙膜中，并永久性地固定在尼龙膜上。6、让放射性DNA探针与尼龙膜上的单链DNA片段进行杂交。,7、用放射性胶片与尼龙薄膜叠放，尼龙膜上的放射性探针便会发出X射线使胶片曝光，从而使杂交探针的长度不同的DNA片段位置显影在胶片上。这样的特征DNA片段条状图谱，便是所谓的DNA指纹。,五、DNA指纹技术的应用（一）DNA指纹在真菌分类上的应用真菌是一类数目庞大的细胞生物，分布广泛，形态复杂，有的具有多型性，特别是有有形型和无性型分开存在，形态差异也很大，有时候传统的形态学特征难以区别，因此有必要采用分子生物学手段来协助分类鉴定。（二）DNA指纹图谱在中药鉴别中的应用中药材真伪鉴别及品种鉴定是目前DNA指纹图谱技术在中药研究中应用最多的一个领域。不论是新鲜药材还是干品饮片，或是不同用药部位，通过DNA指纹图谱技术都能准确予以鉴别。如人参与西洋参的鉴别，金银花品种鉴定等。,（三）DNA指纹技术在畜禽亲缘系统分类上的应用DNA指纹技术不仅能够用于个体或家系水平的遗传分析，而且能够用于躯体遗传结果的分析。,（四）DNA指纹技术在法医学鉴定中的应用1、在刑事案件中的应用由犯罪现场残留的血、精液、唾液、毛发等成分提取的DNA指纹与嫌疑犯的DNA指纹