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DNA特征和多态性:基因和转基因的历史和真相

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:DNA特征是每个人各自特有的,除了单卵双胞胎外,全世界也不会有DNA特征完全相同的两个人。DNA特征就像指纹一样,是每个人与生俱来、终身不变的标记。不同的人,DNA多态性也不一样,而且同一个人在DNA长链的不同位点存在许多不同的多态性。当前在DNA特征分析中采用最多的DNA多态性是VNTR。现在,DNA特征分析一般都同时测定15个左右的STR。

DNA特征和多态性:基因和转基因的历史和真相

我们在电视报道中和电视剧里,经常看到“DNA比对”。 在自然灾害和重大事故中,在飞机失事后,救援队费尽千辛万苦找到的,许多是难以辨认的遗体甚至遗体碎片。 这时,就要应用DNA比对来确定死者的身份。 在贩卖人口的案件中,鉴定被拐卖者身份的时候,最常用的也是DNA比对方法。 甚至,在一起耕牛走失的民事案件中,人民法院还用DNA比对的方法,确定了哪一条牛是失主的。 DNA比对,准确地说,叫DNA特征分析(DNA profiling,也叫DNA指纹分析)就有这么重要。

DNA特征分析究竟是怎么回事呢?

我们前面讲过,一个人细胞DNA复制的精确度是无与伦比的高,即使DNA复制进行一百万次,也难得弄错一个碱基。 因此,一个人全身所有细胞的DNA序列,都是完全相同的。 但是,如果DNA复制进行的次数更多,例如一个母亲生出两个孩子、这些孩子长大成人后又结婚生育、等等,那么他们的细胞DNA还是会出现差别。 这是因为,DNA在生成精子的减数分裂中会发生片段重组,一小部分DNA的序列按照孟德尔自由组合定律相互交换。 这就使得不同的人各自具有自己特别的一部分DNA序列,我们把它叫做DNA特征(DNA profile;这个英文名称有不同的译名,本书笔者把它译成DNA特征)。

DNA特征是每个人各自特有的,除了单卵双胞胎外,全世界也不会有DNA特征完全相同的两个人。 DNA特征就像指纹一样,是每个人与生俱来、终身不变的标记。

科学家发现,在细胞DNA中,有一部分序列特别“喜欢”变动,造成DNA特征的主要是这一部分。 这些DNA序列都是些同样的片段,如AGCTTCGA,反复地延伸成一长串,就是:

AGCTTCGAAGCTTCGAAGCTTCGATCGAAGCTTCGAAGCTTCGA……

所以我们叫它们“串联重复序列(tandem repeats)”;如果重复单位很短,如AGC,就叫做“短串联重复序列(short tandem repeats,STR)”。 在减数分裂中,发生重组的也主要是这些串联重复序列。 它们在细胞DNA中处在一定的基因座。 但是它们和蛋白质与RNA基因不同,不能翻译出产物。

有趣又特别重要的是,有些短串联重复序列在减数分裂中的变化很简单,只是那些重复序列的数目在变。 例如母亲的某个串联重复序列是:AGCAGC,就是说有两个AGC重复单位,她的孩子的同一个串联重复序列就可能变成:AGCAGCAGCAGCAGC,有5个重复单位。 具有这种性质的串联重复序列叫做“可变数目串联重复序列(variable number tandem repeats,VNTR)”。

这种重复序列在不同个体间变化的现象叫做“DNA多态性(DNA polymorphism)”。 DNA多态性是物种进化的结果,是亿万年来人类个体相互之间和某些细胞之间不断转基因所造成的。

不同的人,DNA多态性也不一样,而且同一个人在DNA长链的不同位点存在许多不同的多态性。 也就是这些DNA多态性,使每个人都拥有自己的DNA特征。 DNA特征分析所检查的,就是被检对象的某一DNA多态性。 当前在DNA特征分析中采用最多的DNA多态性是VNTR。(www.xing528.com)

法医学中,研究过的STR基因座都有自己的名称,如D6S1043、D13S317等,其中D表示DNA,中间的数字表示染色体号,S表示单链,S后的数字是研究者给予该基因座的顺序号。 也有一些STR基因座使用研究者特别给它们起的名字,如CSF1PO等。

VNTR的特点是不同人的该基因座的STR数目都不一样,例如这样的STR:

ACT ACT ACT……

这个序列中,重复单位是ACT。 不同的人,DNA的VNTR中,可能存在的ACT单位的数目是不一样的,如有一个人有两种STR:

ACT ACT ACT(ACT3);ACT ACT ACT ACT ACT(ACT5);

另一个人有三种STR:

ACT ACT(ACT2);ACT ACT ACT ACT ACT(ACT5);ACT ACT ACT ACT ACT ACT(ACT6)。

这样,如果我们有办法把这些ACT STR都找出来,测出它们的序列,那么只要比较各个ACT STR的种类和它们所包含的ACT重复序列的个数(上面第一个人有两种ACT STR:3、5;第二个人有3种ACT STR:2、5、6),就能准确而简单地鉴定出这两个人的DNA特征了。 显然,同时测定的STR越多,鉴定结果的准确性和专一性就越高。 现在,DNA特征分析一般都同时测定15个左右的STR。 而找出这些STR的方法,就是前一章讲过的“聚合酶链式反应(PCR)”。 现在,法医学家都使用特制的专用PCR试剂盒来进行STR扩增。

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