長度多態性分型
長度多態性是個體遺傳特征在群體中的反映,對個體遺傳標記的表型或基因型分型的技術方法分為限制性片段長度多態性(Restriction Fragment Length polymorphism,RFLP)和擴增片段長度多態性(Amplification Fragment Length Polymorphism,Amp-FLP)。
1.限制片段長度多態性
限制片段長度多態性(Restriction Fragment Length Polymorphisms)是指DNA限制性酶識別序列核苷酸結構發生改變,導致酶切位點產生、消失或移位,酶切所產生的限制性片斷數目及長度發生改變所生呈現的DNA多態現象。
上世紀70年代,Wyman和White首先報道人類14號染色體上限制性片段長度多態性RFLP,由于DNA序列的改變甚至一個核苷酸的變化,引起某個限制性內切酶切點的丟失或產生移位,導致酶切片段長度的變化而產生多態性。不同個體酶切片段長度在0.5-20kb之間。
RFLP標記具有很多優點:無表型效應,其檢測不受環境和發育階段的影響;RFLP標記在等位基因之間是共顯性的,在配制雜交組合時不受雜交方式的影響;在非等位的RFLP標記之間不存在上位效應,因而互不干擾;RFLP標記源于基因組DNA的自身變異,在數量上幾乎不受限制。
但RFLP也存在許多局限性:現有的限制性內切酶不可能檢出所有的核苷酸改變;酶切所產生的不同長度的酶切片段所能提供的多態信息量有限;不適用降解和微量檢材的DNA分析;早期重組探針需用對身體有害的放射性同位素(32P)標記和Southern雜交技術,后雖改用生物素、地高辛、以及堿性磷酸酶連接人工合成寡核苷酸探針,但靈敏度和重復性均不如同位素。
法醫RFLP分析的是基因組小衛星DNA,根據探針特性有兩種類型。一種是多基因座探針(muoti-locus probe,MLP),可以同時與多個小衛星的VNTR雜交,形成多基因座RFLP圖譜,稱為DNA指紋(DNA fingerprint)。另一種是單基因座探針(single-locus probe,SLP),僅與一個小衛星基因座的等位片段雜交,形成單基因座RFLP圖譜,稱為DNA紋印(DNA profile)。
2.擴增片段長度多態性
擴增片段長度多態性(amplification fragment length polymorphism,Amp-FLP)指通過PCR擴增對基因組中有長度多態的基因座分型。
根據PCR原理,針對具有長度多態的串聯重復序列的側翼序列設計一對引物,PCR擴增后,電泳分離PCR產物。雜合子擴增產物為兩條長度不等的片段,純合子為一條片段。
Amp-FLP分析技術充分發揮了PCR技術的高靈敏度和串聯重復序列高多態性的優勢,在檢測靈敏度、準確性、技術程序上比RFLP優越,使法醫DNA分析實現了高效、靈敏、準確的目標。在法醫工作中應用最多的是短串聯重復序列(short tandem repeats,STR)分型。
⑴ STR遺傳標記
1994年,Holly A等人在人類基因組中發現二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸的多態性重復,它由2-6個堿基組成特異序列,重復排列稱為短串聯重復序列(Short Tandem Repeat,STR,人類基因組的STR單核苷酸重復以PolyA、PolyT多見,雙核苷酸以(CA)n,(CT)n,(AA)n,(GG)n常見。
三核苷酸重復以(CXG)n常見,還有大量的四核苷酸重復。STR在染色體的分布情況,根據GenBank等數據庫的資料統計,23對染色體上至少分布著7901個STR基因座,估計平均每15kb就分布著一個STR基因座。隨著認識的進展,STR基因座的數目還會增加。目前對STR的認識內容主要包括所在染色體區段位置、堿基重復數目、理論上可能的等位基因數、最大雜合性等STR產生的機制。
小衛星DNA重復順序的產生可能是由于有絲分裂、減數分裂期間同源染色體不對等交換或染色體內部不對等交換的結果。而微衛星DNA重復順序的產生則普遍認為是DNA復制過程中滑動,或DNA復制和修復時滑動鏈與互補鏈堿基錯配,導致一個或幾個重復單位的插入或缺失,微衛星DNA自發突變率僅10-4-10-5。
STR的命名: STR的多態性一般指由于核心序列重復次數不同而構成的長度多態性。1993年,國際法醫血液遺傳學DNA鑒定委員會(the DNA commission of the international society of forensic haemogenetics,ISFH)建議用核心序列重復數命名STR的等位基因,用小數點后的數字表示不完整核心序列的bp數,這樣命名會使作者在報道STR基因座時可使用兩條互補鏈中的任意一條,由于閱讀序列的起始點不同,使對同一重復序列的核心序列命名不同。
故1997年,ISFH再次召開國際會議討論STR基因座的命名。會議通過DNA的命名從5' 到3' 方向閱讀,編碼蛋白質的基因內的STR以蛋白質編碼鏈為準,與蛋白質編碼基因無關的STR基因座以最初公開發表的資料使用的鏈為依據命名,并且建議以5' 端第一個包含在重復序列中的核苷酸開始定義命名STR基因座。