一篇文章让你看懂STR技术

一篇文章让你看懂什么是STR技术

STR分型是常用的分子生物学技术之一，广泛应用在我们生活的方方面面，如农业生产、食品加工、亲子鉴定和生命科学研究等领域，可谓是多面手。再加上NIH、ATCC等权威机构多次呼吁细胞鉴定的呼吁，生命科学研究就更离不开它了。下面，让我们来深入了解一下什么是STR，以及它在科学研究中的应用都有哪些。

STR分型广泛应用于发酵食品。

什么是STR

首先，我们要清楚什么是STR？STR（short tandem repeats），即短串联重复序列，其概念等同于简单重复序列（Simple Repeats Sequence，SRS）和微卫星（Microsatellites）：以2～6个碱基为单元在基因组中串联重复的序列，约占真核生物基因组的5%，例如“CGG CGG CGG……CGG CGG”。

STR位点容易发生“复制滑移”：DNA复制时，如果新链从模板上脱落，当再退火时就可能在STR位点发生滑移错配现象。重新开始复制时，出现重复复制或者跳跃复制的现象，使得子代DNA链在STR位点部分重复或缺失。STR位点复制滑移的发生频率受到多种因素的影响，变异很大，但有一个共同特征：发生概率小，但足以在种群内部产生差异。

种群遗传学

根据STR位点两侧50～500 bp距离的保守序列设计引物，可以用PCR的方式有效地扩增STR序列，这种方式可以得到任何我们想要的STR序列。由于人类的常染色体一条来自于父亲，一条来自于母亲，因此可能得到一份或者两份不同序列长度的PCR结果。长度的差异是由于STR重复次数的差异造成的。STR位点的重复次数通常为5～30，如果重复单位为三碱基，那么可能造成同源染色体的STR长度最多有75个碱基差异。因此，STR的一个重要应用是作为种群遗传学的分子标记。STR位点，如D1S80或者其附近的TPOX基因（含有STR序列）都是常用的分子标记，可以用于亲子鉴定和遗传多态性分析等。

DNA指纹图谱（DNA fingerprint）

通过PCR的方式获得单个STR扩增序列后，可以通过毛细管电泳分析仪读取序列长度，精确到核苷酸。PCR结果可能包含一个或两个序列长度。如果两个样本的结果不同，那么我们可以认定这两个样本来自不同的个体。如果两个样本的结果相同，我们不能判定这两个样本来自同一个个体，因为不同的个体可能含有相同的分型结果。

.

四个STR标记（A、B、C和D）的毛细管电泳分型结果。Sample1、2、3分别代表三个不同来源的样本。

单峰表示纯合子，双峰表示杂合子。

同时鉴定的STR位点越多，两个来自不同个体的STR分型结果相似度就越低，因此，若是鉴定足够量的STR位点，每个个体都有自己独特的STR分型结果，又称为STR指纹图谱，可用于亲子鉴定。通常，16个STR位点（15个位于常染色体和一个位于性染色体）足以鉴定个体，两个个体含有相同STR分型结果的可能性低至1/1.8×1017，后者几乎是整个地球的人类总数。DNA指纹图谱可用于法医鉴定和犯罪鉴定等。

STR“指纹图谱”方法简单可操作，还有成熟的试剂盒供选择，可在分子病理学实验室中实现，用以追踪或者辨别样本。分子病理学实验室经常会将很多潜在肿瘤的活组织切片嵌入到一个FFPE（福尔马林固定和石蜡包埋）块中，如果免疫组化实验显示大多数组织切片是非癌的，而只有一个切片显示癌变，那么我们就应当考虑是否这些组织来源于同一个组织，或者不小心掺入了别的组织。无论实验再怎么小心谨慎，这些情况难免会发生。因此STR 分型就派上用场了，将这些组织块的STR分型结果与原始组织的STR结果一对比，亲缘关系就一目了然了。

亲缘关系

除了确定或者否决两个样本的相同来源，STR鉴定技术还能用来研究亲缘关系。我们一半的STR位点来源于母亲，另一半来源于父亲。根据孟德尔遗传定律可知，子代之间应该有四分之一的STR相似性。因此，STR可以用来研究两个样本间的亲缘关系。实际情况下存在前面提到的复制错配或者实验误差，但是这不影响剩余的其他STR位点做出正确的判断。

性别连锁的STR

STR还可能特异地位于性染色体上。牙釉蛋白基因不是典型的STR，因为其重复单元的重复次数变异很大，研究显示，牙釉蛋白在X染色体上的拷贝（AMELX）与在Y染色体上的拷贝（AMELY）的长度不完全相等，差异在于AMELY的内含子部分在AMELX的内含子相同位点插入了6个碱基。因此，雌性个体具有两份AMELX，雄性个体具有一份AMELX和一份AMELY，这就产生了性别差异。用PCR的方法扩增这个包含这个区段的序列就可以对雌雄进行鉴别了。最常用的引物在雌性和雄性中分别得到106 bp和106/112 bp的产物。这个位点已经是STR分型常用的位点之一。