第三章DNA多态性分析基础

1、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-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 第一节第一节 dnadna分子结构与

2、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dntpdndpdnmp2.dna2.dna的分子结构的分子结构一级结构一级结构-dnadna分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

3、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， 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

4、+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 三级结构三级结构-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 140bpdna140bpdna双链缠绕组蛋白双链缠绕组蛋白8 8聚体聚体 6

5、0bp60bp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 dna dna分子被压缩了近一万倍分子被压缩了近一万倍二、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

6、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）dnadna沉淀沉淀析出析出 可以和组氨酸结合可以和组氨酸结合 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

7、收波长260nm 260nm ) ) 对对dnadna样品进行定量分析样品进行定量分析 1.dna1.dna的变性的变性概念：概念：在在加热、溶液碱性、有机溶剂、二甲基加热、溶液碱性、有机溶剂、二甲基亜亜砜、甲酰胺等条件砜、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

8、nmnm值值 dnadna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

9、度的影响值受介质中离子强度的影响 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2.dna2.dna的复性的复性概念：概念：当撤除变性因素后，原变性的两条互补当撤除变性因素后，原变性的两条互补dnadna单链通过基配对又重单链通过基配对又重 新缔合成为双链结构的过程叫复性。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有称为在温度降低过程中的复性有称为退

10、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- -复性快复性快 溶液浓度溶液浓度高浓度高浓度dnadna溶液较低浓度溶液较低浓度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

11、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：标记有失踪物的寡核苷酸片段标记有失踪物的寡核苷酸片段三、三、dnadna的复制和基因表达的复制和基因表达1.dna

12、1.dna的复制的复制 概念：概念：复制是指以原来的复制是指以原来的dnadna为模为模 板合成相同板合成相同dnadna分子的过程分子的过程 复制的基础复制的基础-碱基互补原碱基互补原 方式：方式： 半保留复制半保留复制 半不连续半不连续 过程：过程：复制的起始复制的起始 双链解开双链解开 引物合成引物合成 dnadna链延伸链延伸 5-35-3方向方向 dnadna聚合酶聚合酶 复制的终止复制的终止 引物切除引物切除 缺口连接缺口连接 dnadna聚合酶聚合酶-催化脱氧核苷三磷酸聚合成催化脱氧核苷三磷酸聚合成dnadna链的酶链的酶条条 件：件：必须有引物、复制模板、合成必须有引物、复制模

13、板、合成dnadna的原料的原料dntpdntp及微量及微量mgmg2+2+ 作作 用：用：具有合成、切除和校对的综合功能具有合成、切除和校对的综合功能 大肠杆菌大肠杆菌dnadna聚合酶聚合酶i ipolapola基因编码的多功能酶基因编码的多功能酶 68kd c68kd c端端2/3 5-3 2/3 5-3 聚合酶活性聚合酶活性合成合成 103kd n103kd n端端1/3 3-5 1/3 3-5 外切酶活性外切酶活性校对作用校对作用 35kd 5-3 35kd 5-3 外切酶活性外切酶活性切除切除 真核生物真核生物dnadna聚合酶聚合酶四种酶都具有四种酶都具有5-35-3方向聚合作方

14、向聚合作用用 参与核参与核 dnadna的合成（链合成的引发）的合成（链合成的引发） 具有外切酶的活性（修复、校对）具有外切酶的活性（修复、校对） 线粒体线粒体 dnadna的复制的复制 参与核参与核 dnadna的合成（链的延长及其他）的合成（链的延长及其他）忠实性：忠实性：是保证生物信息准确传递的必要条件是保证生物信息准确传递的必要条件 机制机制 专一性识别碱基专一性识别碱基-合成控制：碱基对、酶、引物合成控制：碱基对、酶、引物 3-53-5外切酸活性外切酸活性-校对控制：校对控制：复复制制蛋白质蛋白质 转录转录逆转录逆转录 翻译翻译dnadnarnarna2.2.基因表达基因表达概念概念

15、：将储存于将储存于dnadna中的遗传信息转变成中的遗传信息转变成rnarna和蛋白质分子，通过这和蛋白质分子，通过这 些蛋白质分子的功能活动使声明体表现各种各样的生理功能些蛋白质分子的功能活动使声明体表现各种各样的生理功能 和千差万别的生物性状。和千差万别的生物性状。阶段：阶段：转录转录dnadna分子作为模板直接指导分子作为模板直接指导rnarna分子的合成过程分子的合成过程 翻译翻译rnarna分子上的核苷酸序列信息转变成蛋白质中氨基酸分子上的核苷酸序列信息转变成蛋白质中氨基酸四、四、dnadna的损伤与修复的损伤与修复1.dna1.dna损伤损伤-是指是指dnadna双螺旋结构出现的任

16、何改变双螺旋结构出现的任何改变体内体内 复制错误复制错误 dnadna复制错配率复制错配率1010-1-1，1010-2-2 自发损伤自发损伤 碱基脱嘌呤碱基脱嘌呤a a或或g g被切下来被切下来导致突变导致突变 碱基脱氨基碱基脱氨基c c 脱氨成为脱氨成为 uuuu与与a a配对配对外界外界 物理因素物理因素 紫紫 外外 线线 嘧啶间诱导形成共价键嘧啶间诱导形成共价键嘧啶二聚体（嘧啶二聚体（tttt） 嘌呤间形成异常化学键嘌呤间形成异常化学键 电离辐射电离辐射 机理构成基因的化学物质电离机理构成基因的化学物质电离 结果碱基破坏、核糖分解、结果碱基破坏、核糖分解、dnadna分子断裂分子断裂

17、化学因素化学因素 烷烷 化化 剂剂 烷基置换碱基的氢原子烷基置换碱基的氢原子 -碱基被烷化，造成基因改变碱基被烷化，造成基因改变 类类 似似 物物 替代正常碱基掺入替代正常碱基掺入dnadna链中引起错配链中引起错配 5-5-溴尿嘧啶、溴尿嘧啶、2-2-氨基嘌呤氨基嘌呤2.dna2.dna修复修复切除修复切除修复恢复正常结构恢复正常结构 重组修复重组修复-损伤可以保留损伤可以保留 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

18、、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，3 310109 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

19、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800800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 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

20、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 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

21、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 ag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 rrnarrna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

22、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：基因上游，促进基因转录活性：基因上游，促进基因转录活性 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

23、不清，多拷贝或低拷贝形式；30%30%串联重复串联重复3.3.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相同在基因组中反复出现，在基因组中含有一个以上相同 顺序拷贝的顺序拷贝的dnadna序列称为序列称为重复序列重复序列-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

24、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（macrosatellite 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（agctagc

25、t） 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6500bp 6500bp 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

26、-attcc-） 1.697 1.697 卫星卫星dnadna（5bp-attcc-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 171bp dna 171bp 灵长类特有灵长类特有 卫星卫星dna 68bp dna 68bp 富含富含gcgc 卫星卫星dna 220bp dna 220bp 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

27、重复序列特征有明显差异但是重复序列特征有明显差异 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 2bp-6bp15bp-30bp 2bp-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

28、 核心序列核心序列 单拷贝单拷贝 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4.4.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

29、能基因产物的转录后生成无功能基因产物的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.基因家族：基因家族：基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因 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染

30、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） 超超 基基 因因 家家 族（族（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.转位因子：转位因子：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 特点：特点：保留原位的序列，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 ）7.7.端粒端粒 存在

31、于真核生物染色体末端，一段存在于真核生物染色体末端，一段dnadna和蛋白质形成的复合结构和蛋白质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-ttaggg-） 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

32、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 dnadna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、种族和组织差二、线粒体二、线粒体dnadna惟一的细胞核外惟一的细胞核外dnadna，携带有编码

33、蛋白质和，携带有编码蛋白质和rnarna的基因的基因结构：结构：闭环双链闭环双链- 16569bp- 16569bp组成组成 外环外环重链重链(h(h链链) ) 富含嘌呤富含嘌呤 内环内环轻链轻链(l(l链链) ) 富含嘧啶富含嘧啶 分子裸露分子裸露-无组蛋白无组蛋白 容易破坏，不稳定容易破坏，不稳定 功能：功能：储存信息储存信息-编码参与氧化磷酸化蛋白质和编码参与氧化磷酸化蛋白质和rnarna的基因的基因 h h 链：链：2 2个个rrnarrna，1414个个trnatrna，1212个蛋白质个蛋白质 l l 链：链：8 8个个rrnarrna，1 1个蛋白质个蛋白质 自身复制自身复制-单

34、向单向: :置换环复制或置换环复制或d-d-环环(d-loop)(d-loop)复制复制 特点：特点：不对称的复制，不对称的复制， h h链和链和l l链各有一个复制起点，先复制链各有一个复制起点，先复制h h链，链， h h链复制到达链复制到达l l链起始点后，链起始点后，l l链开始复制链开始复制 d-d-环：环：新合成第三条新合成第三条h h链姊妹链链姊妹链 ，序列与，序列与l l链互补链互补 h h链复制起点附近（链复制起点附近（ 520-700 520-700 ），高变异），高变异 转录功能转录功能-两条链同时转录合成两条链同时转录合成rna-rna-对称转录对称转录 特征特征（1

35、1）碱基）碱基结构紧凑、简洁：结构紧凑、简洁：以最少碱基数编码尽量多的蛋白质和以最少碱基数编码尽量多的蛋白质和rnarna 基因间无间隔序列基因间无间隔序列 基因内无内含子、前导序列、带帽序列和终止信号基因内无内含子、前导序列、带帽序列和终止信号 相邻基因甚至有碱基的重叠相邻基因甚至有碱基的重叠 （2 2）不存在同源基因间的重组与交换）不存在同源基因间的重组与交换 结果：结果：mtdnamtdna所有序列变异呈单倍型特性所有序列变异呈单倍型特性 （3 3）母系遗传：）母系遗传：同一母系后代同一母系后代mtdnamtdna序列，在排除突变情况下是一致序列，在排除突变情况下是一致 原因：原因：精子

36、尾部线粒体不进入或少量进入卵细胞精子尾部线粒体不进入或少量进入卵细胞精细胞精细胞卵细胞卵细胞 （4 4）突变率比较高突变率比较高 主要分布主要分布 控制区（控制区（d-d-环区）环区）- - 含有启动子和重链复制的起点含有启动子和重链复制的起点 跨距约跨距约1100bp1100bp，个体间存在较大差异，个体间存在较大差异 高高 变变 区区 hv-i 29 hv-i 29 408408号碱基号碱基 hv-ii 15996 hv-ii 15996 1640116401号碱基号碱基 hv-iii 438 hv-iii 438 574574号碱基号碱基 主要原因主要原因 a : mtdnaa : mt

37、dna没有组蛋白的保护没有组蛋白的保护 b : dnab : dna聚合酶缺乏聚合酶缺乏3-53-5外切酶校正功能外切酶校正功能 c : c : 缺乏缺乏dnadna损伤的修复体系损伤的修复体系 d : mtdnad : mtdna极少或不受来自选择压力的影响极少或不受来自选择压力的影响 突变类型突变类型 碱基的错配碱基的错配-序列多态性序列多态性 主要为转换（主要为转换（90%90%）：嘧啶转换）：嘧啶转换 hv-i 80%hv-i 80% hv-ii 20% hv-ii 20% 少数是少数是顛顛换（换（10%10%）：）： ca ca 或或 ac ac 插入或缺失插入或缺失-长度多态性长度

38、多态性 polypolyc c：nt16184-nt16193 ( hv-i )nt16184-nt16193 ( hv-i ) ca ca 重复：重复：nt514-nt523 ( hv-iii ) nt514-nt523 ( hv-iii ) （5 5）异质性）异质性 同一个体同一个体mtdnamtdna出现两种或两种以上碱基序列的现象出现两种或两种以上碱基序列的现象 形式形式：同一个体的不同组织有不同的同一个体的不同组织有不同的mtdnamtdna序列序列 同一组织中含有一种以上的同一组织中含有一种以上的mtdnamtdna序列序列 异质性仅出现在个别组织中，其他组织则无异质性仅出现在个别

39、组织中，其他组织则无 类型：类型：点异点异 质质 性性-异质性序列之间差异仅限于单个碱基异质性序列之间差异仅限于单个碱基 长度异质性长度异质性-异质性出现在多聚胞嘧啶（异质性出现在多聚胞嘧啶（poly-cpoly-c） hv-i nt16184hv-i nt16184， hv-ii nt303-nt315hv-ii nt303-nt315 成因：成因：拷贝数目多、不对称复制、缺乏校正修复机制拷贝数目多、不对称复制、缺乏校正修复机制 应用应用 1.1.含含 量量 多多：数以百计线粒体：数以百计线粒体/ /人类细胞，人类细胞，2-102-10个拷贝个拷贝/ /线粒体线粒体 2.2.母系遗传母系遗传

40、：单亲鉴定或母系遗传的研究出现率为：单亲鉴定或母系遗传的研究出现率为2%-8%2%-8% 3. 3.异异 质质 性性：出现率为：出现率为2%2%8%8%，对个体识别鉴定的影响值得注意，对个体识别鉴定的影响值得注意 第三节第三节 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 顛顛换换-不同类型碱基的替换不同类型碱基的替换

41、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

42、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dnadna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遗传遵循孟德尔遗传规律遗传 具有终身不变的遗传特征具

43、有终身不变的遗传特征一、一、dnadna长度多态性长度多态性同一基因座上个等位基因之间同一基因座上个等位基因之间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可变数目串联重复序列 (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分布：分布：小小卫星卫星dna-

44、dna-可变数目串联重复序列可变数目串联重复序列 微微卫星卫星dna-dna-短片段重复序列短片段重复序列 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 *

45、* *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 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 70-45070-450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%

46、 0.1%-10% dna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 aggtgggc

47、aggtgg 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1010-11-11-10-10-12-12 小卫星变异重复多态性小卫星变异重复多态性 部分重复单位内部的出现碱基替换部分重复单位内部的出现碱基替换 重复单位重复单位 aggtcgg 变异单位变异单位 aggttgg 等位基因等位基因a 等位基因等位基因b 酶切分析：酶切分析： pcr扩增扩增2.2.短串联重复序列（短串联重复序列（short

48、 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

49、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 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

50、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分布比较平均 6.pcr6.pcr扩增稳定、突变率低扩增稳定、突变率低命名命名 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 -genbank-genbank注册基因名称命名注册基因名称命名 例：例：th01 th01 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-gen

51、ome database原始序号原始序号 例：例：d3s1359 3d3s1359 3号染色体号染色体; ;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 tca”5-ggtcatcatcatgg-3 “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

52、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9.39.3基因基因 atgatg4 4atgatgaatgaatg5 5 3.3.长度多态性形成机制长度多态性形成机制（1 1）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，重组发生在同样基因座交换链间碱基互补，重组发生在同样基因座 3.dna3.dna序列的交

53、换在重组酶催化下进行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 序列原核生物基因组序列原核生物基因组dnadna重组的信号重组的信号 以核心序列为探针与减数分裂中期的人染色体杂交以核心序列为探针与减数分裂中期的人染色体杂交 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-减轻编码区选择压力，维持物种稳定减轻编码区选

54、择压力，维持物种稳定（2 2）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）部分重复单位的转