DNA遗传标记简介

每个STR的等位基因数是根据能产生 的重复次数来定的，比如D3S1358， 四个碱基顺序的重复次数有8，9，10 ，11，12，13，14，15共8种，其等 位基因数就是8，这8个等位基因可以 产生36种不同的基因型。假设可能的 基因数出现的概率是一样的话，比如 对D3S1358来说，有36个基因型，那 么某个特定的人有某种基因型（9， 15）的概率就是1/36。这样这13个 STR的不同基因型的产生某个特定的 基因型组合就是随机概率是8.8x10(22)。事实上，某个STR的不同基因型 在人群中出现的概率是不同的；同样 的基因型，在不同的人群中出现的概 率也会不同。所以，要先从人群中做 样本调查，建立资料库，建立各种 STR基因不同基因型在不同人群中的 稳定概率，然后算出某个特定基因型 组合随机出现的可能概率。
• STR具有分布广泛，信息量大，有高度多态性并遵循孟德尔共显性遗 传等优点，目前已广泛应用于遗传制图、遗传连锁性分析、 亲子鉴定、 疾病基因定位和物种多态性研究、 组织移植评价等诸多领域。与 RFLP技术及PCR-VNTR技术相比，STR分型更适合微量、陈旧和降解 样本的检验。
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STR的特点
Alleles distinguishable by PCR product length
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STR应用领域及商业价值
ABI AmnFLSTR Identifier PCR • AmpFLSTR Identifiler PCR扩增试剂盒采用最新荧光技术（五色荧光，一个泳道），实现
了16个STR位点同时扩增同时检测。在这些位点中D18S51, D19S433, TPOX和vWA用NED 染料标记； Amelogenin, D5S818和FGA用PET染料标记； D2S1338, D3S1358, D13S317, D16S539和TH01用VIC染料标记；CSF1PO, D7S820, D8S1179和D21S11用6FAM染料标记。 • AmpFLSTR Identifiler试剂盒的主要特点： 1. 五色荧光技术:五色荧光技术实现了一色荧光标记分子量内标，其余四色荧光
这个结果和除非洲以外的世界其他地区的基因分型结果是一致的， 就是说M168在非洲之外的地区没有出现新的突变，也都是只出现了 这三种突变，只有有新的突变样本出现才能说明中国人不一定都是起 源于非洲。
所以，金力他们检测的这近1万名中国男性的样品全都携带有来 自非洲的“遗传痕迹”，这从另一个角度又支持了非洲起源学说。
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什么是SNP？
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SNP是指在基因组上单 个核苷酸的变异,包括置 换、颠换、缺失和插入 。从理论上来看每一个 SNP 位点都可以有4 种 不同的变异形式,但实际 上发生的只有两种,即转 换和颠换,二者之比为2 :1。SNP 在CG序列上出 现最为频繁,原因为CpG 二核苷酸上的胞嘧啶残 基C是人类基因组中最易 发生突变的位点，其中 大多数是甲基化的，可 自发地脱去氨基而形成 胸腺嘧啶T。
标记为待测样品，在维持扩增产物大小不变的条件下，有效提高了单个泳道 分辨的片段数。 2. 全部16位点的PCR扩增产物均小于350bp，扩增效率及重现性高，支持 DNA降解样品的扩增。 3. Identifiler试剂盒包括全部16位点STR扩增所需荧光引物，金牌Taq酶及PCR扩增 试剂，各位点等位基因梯度DNA标准品。
• PowerPlex 16 HS系统于2009年3月上市，该试剂盒经过优化，可有 效提升疑难法医样品检测的成功率，简化建立罪犯数据库的工作流程 。这一新系统带有更强劲的反应缓冲液，以及热启动的Taq DNA聚合 酶，这些特性很好地满足了上述技术需求。法医样品经常含有不利于 DNA分型的抑制剂，该系统中经优化的反应缓冲液提高了对常规PCR 抑制剂的耐受性，即使是棘手的案件样品，也能得到良好的结果。试 剂盒的性能亦得到了提高，能够对数据库样品进行直接分析，无需 DNA纯化，这既能简化建立罪犯数据库的工作流程，又能最终提高实 验室的工作效率。
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二、第二代DNA遗传标记-STR
13个CODIS基因座以及Amelogenin在染色体上位置示意图
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CODIS起源
在90年代初，包括复旦大学教授金力在内的科学家和 FBI合作，确定了13个STR，并论证说这13个STR在各种人 群中，即使亲属关系的情况下，还是能很好的区分两个人。 美国联邦调查局（FBI）公布了13个核心STR位点（简称 CODIS），经过群体调查，被证实在各类人群中具有高度 多态性，并经过FBI认证，目前已全面应用于各国法医学 实验室，进行亲子鉴定和各类刑事案件的犯罪嫌疑人排除 和认定，以及大的灾难性事故的个体认定（如：塌方、矿 井爆炸、飞机失事等）。
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STR应用领域及商业价值
中德美联 AGCU 17+1 STR荧光检测试剂盒
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三、第三代DNA遗传标记-SNP
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人类起源的பைடு நூலகம்题
中国科学院昆明动物研究所研究员宿兵等人发展了一套Y染色体的单核苷 酸多态性标记(简称SNP)研究理论，来研究中国人的起源问题。
为什么选用Y染色体？是因为Y染色体从遗传角度来说相对更单纯。我们 知道，每个人都有两套染色体，一套来自父亲，一套来自母亲。在这些染色 体中，Y染色体是男性染色体，只由父亲一方遗传而来，这就减少了基因突变 率，所以通过Y染色体可以更清晰地反映基因遗传的“历史轨迹”。
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什么是STR？
• 短串联重复序列(short tandem repeats, STR)或称微卫星DNA重复 序列(microsatellite)是由长度为3-7个碱基对的短串连重复序列组成 的。这些重复序列广泛存在于人类基因组的，平均6-10kb就出现一个， 长度一般小于400bp，且绝大多数位于非编码区。这些序列可以通过 PCR来检测，扩增区域内重复序列的重复次数不同导致STR位点的等 位基因分型差异，在电泳分离后，通过放射性同位素，银染和荧光检 测可区别不同的基因型。
DNA遗传标记简介
TIANGEN BIOTECH (BEIJING) CO.,LTD
研发部 韩典霖
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Contents
1 第一代DNA遗传标记 2 第二代DNA遗传标记 3 第三代DNA遗传标记
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一、第一代DNA遗传标记-DNA指纹
克林顿与DNA指纹
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什么是DNA指纹？
１９８５年，Jeffreys用“限制性片段长度多态性”的方法分析 人基因组ＤＮＡ，检测到多条谱带，在X光胶片中呈一系列条纹，具 有高度的个体特异性，犹如人的指纹，故称之为“ＤＮＡ指纹”技术 。DNA指纹图谱，开创了检测DNA多态性（生物的不同个体或不同 种群在DNA结构上存在着差异）的多种多样的手段，如RFLP（限制 性内切酶酶切片段长度多态性）分析、串联重复序列分析、RAPD（ 随机扩增多态性DNA）分析等等。各种分析方法均以DNA的多态性 为基础，产生具有高度个体特异性的DNA指纹图谱，由于DNA指纹 图谱具有高度的变异性和稳定的遗传性，且仍按简单的孟德尔方式遗 传，成为第一代遗传标记。但该方法的不足之处是技术复杂，周期长 ，费用高；检测中需放射性物质，限制了广泛应用；检测多态性水平 过分依赖限制性内切酶，使多态性降低；DNA量大，分析速度慢。
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STR商业应用
全球范围内的司法机构在办案过程中使用大量DNA个 体识别技术，我们通常称作“亲子鉴定”就是一项具体应 用。其中，经过美国FBI和欧洲认证，并广泛被接受的 DNA个体识别检测试剂供应商有两家：分别为美国普洛麦 格（PROMEGA CORP） 和美国应用生物系统公司（ ABI）。目前在中国亲子鉴定市场额为8亿，全球市场近 100亿美金。由于近10年来，中国大量进口这两家公司的 试剂盒和仪器设备（ABI是世界上最著名的DNA测序仪和 PCR生产商），为了打破这两家公司的技术垄断，国内公 司和研究单位也瞄准了这一特别市场。
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STR新技术
MiniSTR技术是目前解决高度降解DNA样本的 一个新的方向。通过重新设计引物，减少扩增产物 片段长度，使其结合在更靠近核心重复序列的侧翼 序列。理论上，MiniSTR技术设计的引物越靠近核 心重复序列，产生的STR等位基因片段长度就越短， 对于降解DNA的STR分型成功率就越高。
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人类起源的问题
金力他们从中国各地找了近1万例男性随机样本做实验，通过研 究发现，所有样本都只具有M168仅有的三种突变。也就是说，这 9988例样本中，M89、M130和YAP这3个最古老的遗传分子只发生 了三种突变：一种突变成了M89T、M130C和YAP-，发生这种突变类 型的个体最多，有9329例，占93.4%；一种突变为M89C、M130T和 YAP-，这种类型的比例占3.7%，有370例；最后一种突变为M89C、 M130C和YAP+，有290例，占2.9%。除了这三种突变外，没有其他 新的突变种类出现。
SNP的特点
SNP 的特点 ①密度高：在人类基因组中大概每1000 个碱基就有一个SNP，总量 大概是300万个，密度比微卫星标记更高，可以在任何一个待研究 基因的内部或附近提供一系列标记。 ②富有代表性：根据SNP在基因中的位置，可分为基因编码区SNPs（ Coding-region SNPs，cSNPs）、基因周边SNPs（Perigenic SNPs ，pSNPs）以及基因间SNPs（Intergenic SNPs，iSNPs）等三类。 某些位于基因内部的SNP 有可能直接影响蛋白质结构或表达水平。 因此，它们可能代表疾病遗传机理中的某些作用因素。 ③遗传稳定性：与微卫星等重复序列多态性标记相比，SNP 具有更高 的遗传稳定性。 ④易实现分析的自动化：SNP 标记在人群中只有两种等位型(allele) ，故也称为双等位标记(biallelic marker)。这样在检测时只需一个 “ +/- ” 或“ 全/无” 的方式，而无须象检测限制性片段长度多态 性，微卫星那样对片段的长度作出测量，这使得基于SNP 的检测分 析方法易实现自动化。
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SNP的应用领域
SNP的应用领域 1. 遗传图谱绘制的标记 2. 疾病诊断和疾病易感基因的鉴别
通过研究某些基因的单核苷酸多态性的出现频率与个体患病之间的相关性，来鉴别 疾病的易感基因。 3. 药物基因组学研究和新药筛选 疾病的一些重要易感基因可以作为治疗该疾病的靶基因，来进行新型治疗药物的设 计和筛选。 4. 药物代谢和药物遗传学 通过研究遗传多态性尤其是单核苷酸多态性与个体对药物敏感性或耐受性的相关性 ,可以阐明遗传因素对药物效用的影响,从而对个体化用药和药物开发提供指导和依 据。 5. 法医鉴定和个体识别 和其他多态性标记一样，SNP可用于法医鉴定和个体识别，如亲子鉴定。优点是 低突变率,稳定遗传，可用高通量的方法自动分型。 6. 群体遗传学研究和遗传多态性分析 SNP位点丰富、稳定且容易对SNP进行自动化基因分型，可有效快速地分析基因 型和表型之间的关系。 故SNP已经成为群体遗传学研究中的核心成分。 7. 物种鉴定、菌种鉴定 ……
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STR应用领域及商业价值
Promega PowerPlex 16 HS System • PowerPlex 16 HS系统可以进行16个基因座(15个STR位点和1个性别位点
)的复合扩增并用三色荧光进行检测. 在这些位点中D18S51, D21S11, TH01, D3S1358, Penta E用荧光素标记；FGA, TPOX, D8S1179, vWA和 牙釉质蛋白基因用TMR标记；CSF1PO, D16S539, D7S820, D13S317, D5S818和Penta D用JOE标记。 • 全部的16个位点在一管中同时扩增，然后通过单一进样或单一泳道进行 电泳分析。PowerPlex 16 HS系统适用于ABI PRISM 310，3100和3100Avant型 遗传分析仪，Applied Biosystems 3130和3130xl型遗传分析 仪上进行电泳分析。
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STR商业应用
• 2000年Promega公司在全球率先推出经FBI认证的一次扩增16个基因 座的DNA分型商品化试剂盒—PowerPlex 16系统。2009年，经FBI批 准，升级版PowerPlex® 16 HS系统可被美国国家DNA索引系统（ NDIS）的相关实验室所使用，这些实验室参与生成了DNA图谱数据 。