微卫星DNA

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• 5 STR适合于降解、微量检材的检测
• STR的扩增片段大多在400 bp以下,PCR扩增 容易成功,适用于降解检材的检验。灵敏度 也高于VNTR,达到ng级。实验已经证明,实 验室条件下,或模拟的各种环境条件下,各 种斑痕,如血痕、精斑、阴道液斑,甚至是 自然条件下的骨头,在数十年后仍能检出正 确的STR基因型。STR的等位基因长度相差 不大,不易发生优势扩增或杂合子等位基因 丢失的现象。
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3 STR的种属特异性
• 1995年有学者调查了9个STR的人种属特异 性,结果在被调查的23种动物中,FES/FPS基 因座没有扩增产物,而CSF1PO、TOX、TH 01、 H PRT B、vWA、F13A01等基因座则在灵长 类有扩增产物,但是这些扩增产物的长度均 位于这些基因座的STR的等位基因Ladder范 围之外。此后对更多STR基因座的调查也得 到了相似的结论。
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5 STR的特点
• ⑴种类多、分布广，并按孟德尔共显性方 式在人群中世代相传。
• ⑵在人群中高度多态，其多态信息含量容 量超过70%。其多态性表现为正常人群的不 同个体某一基因位点重复序列的重复次数 可不一样，同一个体的两个同源染色体上 重复次数也可以不一样，即微卫星DNA拷贝 数在人群中是可变的。
• STR位点的侧翼区变异数也仅有少数几个,这样, 人群中该特定STR位点的等位基因差异,主要应 来自不同数目的串联重复。
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2 STR的分布
• 在基因组中平均50kb就有一个重复序列。 据GeneBank等数据库资料统计,人类23对染 色体上至少分布着7 901个STR位点,每对染 色体的STR位点分别超过100个,其中1、2号 染色体的位点均超过600个,性染色体上的 已知位点数在264个以上,随着人们对STR的 进一步研究,其数目还会不断增加。
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2、STR的构成
• STR的核心序列为1～6 bp,呈串联重复排列,重 复次数10~50次左右,其总长度常小于400 bp, 常见的有一、二、三、四核苷酸重复序列,约 占真核生物基因组的5%。
• 人类基因组的STR单核苷酸重复以polyA, polyT多见,双核苷酸重复以 (CA)n,(GT)n,(AA)n, (GG)n常见,(GC/CG)少见, 其原因是由于3”端为G的C(即CPG)易于甲基化, 三核苷酸重复以(CXG)n类型常见,由于三核苷 酸具有高度多态性,常用作DNA的标记物。
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4 STR产生的可能机制
• 目前认为链滑动错配是短串联重复序列突 变的主要机制。
• 在DNA合成过程中,一条单链DNA可以发生一 过性的脱位,生成一个中间性的结构后,再 与另一DNA单链错配,形成链滑动错配,继续 DNA的复制和修复。滑动错配可以造成缺失、 插入或碱基替换。
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• 在STR中,一条DNA单链可以向后折叠后再与 另一条单链复性,在复性的位置形成环状突 出,DNA修复酶可以将环状突出全部或部分 切除,造成缺失。另一方面,也可以在无突 出链相对突出的位置形成一个缺口,再由聚 合酶填补此缺口,DNA重复的数目增加,造成
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• 3 STR用于遗传学多态性研究
• STR标记多位于非编码区,变异一般不影响 人体的结构与功能,突变在进化过程中受自 然选择压力较小,以近乎稳定的速率传递且 不断积累,形成多样性。
• 通过研究STR多态性,变异速率以及比较序 列间差异、人群间差异,分析不同人群间的 遗传距离,就可从分子生物学角度揭示人类 的起源、迁徙、进化等历史进程。
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• 在脆性X综合征中,FMR1gene中的(CGG)顺序 在正常人中的重复次数少于60次,携带者 60~100次,而发病者则多于100次。
• 现在,STR越来越多用于研究多基因病,如采 用STR对Ⅰ型糖尿病进行全基因组扫描,发 现12个位点与该疾病高度相关,其中包括 HLA22抗原位点,更多的人开始用STR方法对 高血压、哮喘和Ⅱ型糖尿病进行了研究。
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• 目前,根据m DtNA、STR标记、Y染色体DNA 以及多态性A lu I序列的研究,大多数分子 遗传学家支持现代人类单起源学说,认为现 代人类起源于20万年前的非洲原始部落,然 后向世界各地迁徙。但也有学者支持现代 人类多起源,认为除非洲外,亚洲、欧洲也
可能是人类发源地。
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• 4 STR在疾病诊断和治疗中的应用
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• 2 STR用于个体识别和亲权鉴定
• 因为STR广泛存在于基因组中,具有高度多 态性、杂合性和稳定性。当把几个STR位点 联合分析后,可以得到相当高的累积个体识 别率和父权排除率。
• 对粤、桂、琼地区14个人群STR基因座频率 调查显示15个STR基因座在14个人群中累积 个体识别能力在1. 05*10-16~3 .18*10-18, 累积非父排除率均在0.9999以上。
• 4. 1 STR与遗传病的诊断
• 近年来,发现基因内外的一些STR与遗传病 的发病有关,目前报道较多的疾病有7种遗 传病与三核苷酸重复片段扩增突变有关:脆 性X综合征、脊髓延髓肌肉萎缩、强直性肌 营养不良、Huntington舞蹈征、脊髓小脑 共济失调Ⅰ型、FRAXE轻度智力低下和齿状 核苍白球丘脑下部萎缩。
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一、微卫星的概况
• 1、定义 短串联重复(short tandem repeat, STR,SSR)，一种简单串联重复DNA 序列。其重复单位为1～6个核苷酸，由 10～50个重复单位串联组成。
• 微卫星DNA是在研究DNA多态性标记过程中 发现的。1981年Miesfeld等首次发现微卫 星DNA，双核苷酸重复单位常为(CA)n和 (TG)n。
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三、总结
• STR绝大多数位于非编码区,不转录,不编码 蛋白质和RNA,不受选择压力的影响。而且 STR还具有容易扩增,具有高杂合性,片断小, 序列简单等特点。因此,STR是很有发展前 途的一种作为应用于筛选候选目的基因和 研究人类进化史的遗传标记。
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• 每个特定位点的STR均由2部分构成:中间的核 心区和外围的侧翼区,核心区含有一个以上称 为”重复”的短序列,一般该重复单位的碱基 对数目不变,而串联在一起的重复单位数目是 随机改变的。
• 位于核心区的外围即是侧翼区,人群中不同个 体可表现为侧翼区相同而串联重复单位的数目 不同;也可为相同数目的重复单位,但侧翼区大 小不同,或者两者均不同。
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• ⑶具有遗传连锁不平衡现象。
• ⑷可被转录，有些编码蛋白质，而另一些则位 于非转译区的5′端和3′端不编码蛋白质。
• ⑸属于不稳定的DNA序列，其数目在某些遗传 病中有扩大现象，而这种扩增并非是减数分裂 的重组造成，扩大可发生在减数分裂过程中， 由一代传递给另一代，也可发生在有丝分裂中， 导致嵌合体形成。与成熟人体细胞比较，微卫 星DNA在胚胎时期有丝分裂很不稳定。
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• 4 .2 STR与肿瘤的诊断
• 微卫星DNA由于复制错误引起简单重复序列 改变,常产生微卫星不稳定性( MSI),表现 为肿瘤组织与其相应非肿瘤组织DNA结构性 等位基因的大小发生改变,它在胃肠道肿瘤 的发生、发展过程中扮演重要角色,可能是 肿瘤发生的一种新机制。
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• MSI首先在结直肠癌中观察到,1993年, 在
测有助于早期发现某些肿瘤及对高危人群
进行早期防治。
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• 4.3 STR用于器官移植
• 对器官移植后植入状态的检测,对了解受者 治疗疗效、指导医生用药、预后估测等更 是有重要意义。
• STR作为骨髓移植后供者细胞植活的证据是 很客观的:供者细胞植活后,受者外周血出 现供者的STR类型,而受者口腔黏膜细胞仍 为原来类型。因此,可以长期观察供者细胞 在受者体内存活情况。
研究遗传性非息肉大肠癌中观察到多条染 色体均有短的核苷酸重复序列(CA)n的增加 或丢失,提示MSI散布于整个基因组中,后来
陆续在子宫内膜癌、肺癌、乳腺癌、食管 癌以及慢性髓细胞性白血病中都出现MSI, 人们认为MSI可能在肿瘤基因调控中起重要 作用,参与肿瘤的发生和发展,这种基因水 平的改变常先于表型的改变,通过MSI的检
插入突变。
• STR长度上的差异一般是重复单位的整数。 复制滑动、姐妹染色体不等交换和遗传重
组都是可导致重复单位数目发生改变的机 制,但目前的研究证明复制滑动时导致STR
重复数目改变是主要机制。
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• 不过,仅滑动链复制错配不能解释一些重复 序列的特征,如为什么两性种系的三体重复 稳定性有差异?为什么CAG重复总在有意义 链上等等?所以,对STR产生和拷贝数的变异 的遗传机制解释还有滚环扩增、不等交换 (unequalcrossover)和碱基置换突变等。
• ⑹在不同基因位点上的微卫星DNA的重复序列 可以不同，也可以相同。
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二、微卫星的应用
• 1、STR应用于制作人类基因组遗传图谱 • STR在基因组内分布广泛、多态性程度高、可
自动化检测、成为制作基因组遗传图谱的首选 遗传标记。 • 1996年,法国Gene-thon实验室与美国国家卫生 研究院几个中心合作,建立了以6 000多个STR 为主体遗传标记、分辨率达194 kb的高精密度 图谱。 • STR的出现使遗传图的精度得到进一步提高,同 时也成为物理图上的标记,从而促进了遗传图 与物理图的融合。