物證分析的遺傳學基礎(chǔ).ppt

1、第 二 章 物證分析的遺傳學基礎(chǔ),遺 傳 學 定義：研究生物遺傳和變異規(guī)律的一門科學 遺傳-子代和親代相似性沒有遺傳，變異不能積累 變異-生物個體間的差異沒有變異，失去進化動力 遺傳和變異是生物界最基本的兩個特征 遺傳-是相對的、保守的使生物體特征得以延續(xù) * 親子鑒定的理論基礎(chǔ) 變異-是絕對的、發(fā)展的使生物界具有形形色色 * 個人識別的分子學基礎(chǔ) 內(nèi)容：遺傳物質(zhì)的本質(zhì)-化學本質(zhì)、遺傳信息、結(jié)構(gòu)和變化 遺傳物質(zhì)的傳遞-復(fù)制、遺傳規(guī)律和基因的數(shù)量變遷 遺傳信息的實現(xiàn)-基因的功能、相互作用，作用調(diào)控,第一節(jié) 基 本 概 念 一、基因（gene） 基因是指位于染色體（或線粒體）上，能夠表達出特定 功

2、能的產(chǎn)物，并決定生物體特定性狀的一段DNA序列。 1865年 孟德爾（奧地利）-遺傳因子- 抽象的概念 1909年 約翰遜（丹 麥）-基 因- 染色體為載體 1953年 華 生 和 克里克 -核酸結(jié)構(gòu)- 雙螺旋結(jié)構(gòu) 基因是DNA分子上具有遺傳學效應(yīng)的核苷酸序列 -基 因 組計劃：人類基因組全部30億個核苷酸對的排列順序 基因是遺傳信息傳遞、表達、性狀分化發(fā)育的依據(jù) -基因組后時代：基因組編碼的蛋白質(zhì)的功能 DNA序列中含有的遺傳信息的生物學功能,基因座位：基因在染色體上的一個特定位置 不同的基因座沿染色體直線排列 基因本身在結(jié)構(gòu)和功能上也存在著差異 位于一對同源染色體上，位置相同，控制同一 性

3、狀的一對基因稱為等位基因。 一個基因座上具有3個或3個以上的等位基因， 稱為復(fù)等位基因。 基因是可分的，也是可移動的，它不是固 定不變在染色體上的靜止結(jié)構(gòu) 基因互作：基因互作最常見的是等位基因間的相互作用 *顯性、隱性和共顯性關(guān)系,二、基因型（genotype） A A A O B B B O A B O O 概念：基因的不同組合形式稱為基因型 * 是生物體可見性狀的實際基因組成 廣 義-一個個體的遺傳結(jié)構(gòu)或組成 狹 義-一個特定基因座上等位基因的組合 * 在人類等二倍體生物中染色體是成對存在 類型：每個基因座上的等位基因成對存在 純合子-成對的等位基因相同的合子 雜合子-成對的等位基因不同的

4、合子,三、表型（phenotype） 概念：是指生物體某特定基因所表現(xiàn)出的性狀。 是基因型和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果 形式：生物體所表現(xiàn)的形態(tài)、生理和生物化學特征 生物中能被描述或量度的任何生物學性質(zhì) 特點：有些性狀是不遺傳的、或是短暫的過度狀態(tài) 有些性狀能以不同的類型按一定比例在幾代 維持不變 可檢測的，由遺傳決定的，并能夠以一定的 規(guī)律從親代傳給下一代的形態(tài)學、生理學及 分子生物學特征，稱為單位遺傳性狀。,遺傳標記 概念：單位遺傳性狀作為標識用以識別攜帶它的個 體、細胞、染色體或用以研究家系和群體的 遺傳方式時，稱為遺傳標記。 特征：可遺傳性、可識別性 遺傳標記具有個體特異性 -個人識別的重

5、要依據(jù) 遺傳標記按一定規(guī)律遺傳 -親子鑒定的理論基礎(chǔ) 種類：形態(tài)學遺傳標記 細胞學遺傳標記 生物化學遺傳標記 免疫學遺傳標記,法醫(yī)遺傳標記分類,表達產(chǎn)物水平 DNA分子水平,紅細胞血型 白細胞血型 血小板型 血清型 酶型其他 DNA序列多態(tài)性 DNA長度多態(tài)性,血型的概念 狹義血液中細胞表 面有遺傳決定 的抗原差異 廣義由遺傳決定的 人類血液的個 體差異,第二節(jié) 遺 傳 規(guī) 律 基 因 組-一個生物體的所有基因或遺傳物質(zhì) 核內(nèi)DNA 常染色體 孟德爾定律 性染色體 (Y)男性伴性遺傳 核外DNA 線粒體DNA 母系遺傳,一、孟德爾定律 分 離 律：在配子形成時，成對的等位基因彼此分離，并 獨立

6、地分配到不同配子中 每個配子中只含有親代一對基因中的一個 法醫(yī)學意義：親子鑒定的理論基礎(chǔ) （1）在肯定孩子的某個等位基因是來自生父，而被控父 親并不攜帶有這個基因的情況下，可以排除他是孩子 的生父。 （2）在肯定孩子的某些基因是來自生父，而被控父親也 帶有這些基因的情況下，不能排除他是孩子的生父,自由組合律：在配子形成時，不同基因座上的非等位基因彼 此分離后，隨機地自由組合，形成子代基因型 子代基因型中各含有父方和母方的一個基因 先決條件：各基因座間沒有遺傳連鎖關(guān)系 法醫(yī)學意義：檢驗結(jié)果統(tǒng)計分析的理論基礎(chǔ) 個人識別-累計鑒別幾率的計算 親子鑒定-累計父權(quán)排除概率 要求：選擇符合自由組合律的遺傳

7、標記 位于不同染色體上 在同一染色體上相距較遠的位置 通過群體調(diào)查證實沒有遺傳連鎖關(guān)系,二、非孟德爾遺傳規(guī)律 1.母 系 遺 傳(線粒體DNA) (1) 遺傳物質(zhì)位于細胞其中，不受核移植的影響 (2) 無有絲分裂和減數(shù)分裂的周期變化 (3) 子代只表達母方的特征 應(yīng)用：母系進化研究，缺乏父親的親子鑒定，其他 2.男性伴性遺傳(Y染色體DNA) （1）Y染色體非重組部分的DNA序列 （2）連鎖遺傳（以單倍體形式遺傳） （3）只遺傳給男性子代 應(yīng)用：父系進化研究，缺乏母親的親子鑒定，性犯罪,第三節(jié) 群 體 遺 傳 群體遺傳學研究的基本單位-孟德爾群體 是指在一定地域內(nèi)一群隨機婚配，能實現(xiàn)基因世代傳

8、遞, 并保持穩(wěn)定的許多個體的集群。 群體遺傳學研究的主要內(nèi)容-遺傳結(jié)構(gòu) 是指孟德爾群體中基因及基因型的種類和頻率 * 受群體大小、突變率、選擇壓力、遺傳演變變、人口 移居、婚配方式等各種因素的影響 群體遺傳學 研究群體的遺傳組成結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律一門科學 研究群體中基因的分布及逐代傳遞中維持 和改變基因頻率和基因型頻率的因素,一、遺傳多態(tài)性 基本概念：是指一個群體中，同時存在兩種或兩種 以上的不連續(xù)的變異型或等位基因，每 種類型的比例不是由重復(fù)突變來維持的 （基因頻率0.01） 形成機制：基因突變 群體的遺傳多態(tài)性 個體的遺傳獨特性 主要類型：表 型 多態(tài)性 染色體多態(tài)性 抗 原 多態(tài)性 蛋白質(zhì)

9、多態(tài)性 酶 多 態(tài) 性 DNA 多 態(tài) 性 主要參數(shù)：基因頻率、基因型頻率及表型頻率,表 型頻率 就某一性狀而言，某一表型在群體中所占的百分比 計算 由群體的調(diào)查 基因型頻率 在一個群體中，某種基因型數(shù)目占該基因座上所有基因型 總數(shù)的百分比 計算 由表型頻率和基因頻率計算 基 因頻率 在一個群體中，某等位基因數(shù)目占該基因座上所有等位基 因總數(shù)的百分比 計算 基 因 型明確-計數(shù)法 存在隱性基因-方根法、最大似然量估計 某群體MN血型調(diào)查結(jié)果：M型20人，MN型 50人，N型30人 表型頻率 = 表型數(shù)目 / 調(diào)查人總數(shù) 基因頻率 =,2純合子數(shù)+含該等位基因的雜合子數(shù) 2總觀察個體數(shù),二、Ha

10、rdy-Weinberg平衡定律 Hardy英國數(shù)學家，Weinberg德國醫(yī)生分別提出的 闡述了繁殖對群體的基因和基因型頻率的影響作用 定律內(nèi)容：在一個無限大的隨機婚配群體中、在無大規(guī)模 遷移、無突變 和 無選擇的情況下，群體中的 基因頻率和基因型頻率在逐代傳遞中保持不變 數(shù)學表達：( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 純合子基因型頻率=該基因頻率平方 雜合子基因型頻率=兩基因頻率乘積的二倍 應(yīng)用意義：（1）估計基因頻率 （2) 估計群體調(diào)查資料的可靠性,估計基因頻率 分析 ：基 因 A , a p + q =1 基因型 AA Aa aa p2 +2pq+q2 =1 表 型

11、A型 a型 計算 ：a等位基因的頻率（q） = q2 A等位基因的頻率（p） = 1 - q 實例：某群體調(diào)查結(jié)果：A型75人，a型25人 aa基 因 型 頻率 = 25 / 100 = 0.25 a等位基因頻率 （q）= 0.25 = 0.5 A等位基因頻率（p）= 1 - 0.5 = 0.5,估計群體調(diào)查資料的可靠性,群體1 表型 觀測值 4 8 4 合計 16 p=0.5 q=0.5 群體2 表型 觀測值 4 12 4 合計 20 p=0.5 q=0.5,理論值 差值 4 （0.5216） 0 8 （20.5216） 0 4 （0.5216） 0 16 0 理論值 差值 5 （0.522

12、0） 1 10（20.5220） 2 5 （0.5220） 1 20 4,卡方分析 計算2：2 = （觀察值 期望值）2 期望值 純合子基因型期望值=基因頻率2樣本數(shù) 雜合子基因型期望值=2基因頻率乘積樣本數(shù) 求 p 值：自由度（df ) = 觀察基因型 等位基因數(shù) p0.05 無顯著性差異 說明所調(diào)查的群體達到了遺傳平衡-調(diào)查數(shù)據(jù)可信 p0.05 差異顯著 被調(diào)查群體未處于遺傳平衡 遺傳標記分型技術(shù)或標準出現(xiàn)誤差 沒有達到隨機抽樣的要求,群體1 表型 觀測值 期望值 （A-T)2 p=0.5 q=0.5 4 4 0 8 8 0 df=3-2=1 4 4 0 p0.05 =3.84 合計 16

13、 16 0 2 = 0/4 + 0/8 + 0/4 = 0 p0.05 群體2 表型 觀測值 期望值 (A-T)2 p=0.5 q=0.5 4 5 1 12 10 4 df=3-2=1 4 5 1 p0.05 =3.84 合計 20 20 6 2 =1/5+4/10+1/5=0.2+0.4+0.2=0.8,2 = （觀察值 期望值）2 / 期望值,注意：1.基因型數(shù)目指實際觀測到的類型數(shù)目 2.計算STR群體調(diào)查時常需要將低頻基因型數(shù)合并,第四節(jié) 遺傳標記的法醫(yī)學應(yīng)用參數(shù) 1.雜合度-評估遺傳多態(tài)性程度 概念：群體中某個遺傳標記所有基因型中雜合子所占的比例 計算： 樣本中雜合子數(shù)目 樣本中個體

14、數(shù) 基因差異度某一遺傳標記在某群體中的變異程度 其本質(zhì)與雜合度意義相同。,觀察值 h = 期望值 H = 1-Pi2 k 等位基因數(shù),n k n 等位基因總數(shù) n-1 i=1 Pi 第i個基因頻率,2.個人識別率（probability of discrimination power,DP) -評價遺傳標記識別無關(guān)個體效能大小的指標 概念：群體中隨機抽取兩個體，其遺傳標記表型不相同概率 n n-某遺傳標記的表型數(shù)目 公式：DP = 1 Pm = 1 Pi2 i=1 Pi-該群體第i個表型頻率 Pm指人群中隨機抽取兩個無關(guān)個體，在某一個基因 座上二者表型純粹由于機會而一致的概率。 累計：評價多個

15、遺傳標記系統(tǒng)識別無關(guān)個體綜合能力 TDP = 1- (1-DP1 ) ( 1-DP2 ) ( 1-DP3 ).( 1-DPk ) k = 1- Pm1Pm2Pm3 . Pmk = 1-Pj j=1 強調(diào)：適用乘積公式的前提條件是遺傳標記獨立遺傳,3.非父排除率（excluding probability of paternity) -評估某遺傳標記系統(tǒng)在親權(quán)鑒定案件中的實用價值 也稱為父權(quán)排除概率（probability of exclusion, PE） 概念：通過檢測遺傳標記，能將不是生父的個體排除的幾率 計算：非父排除率與遺傳標記的遺傳方式有關(guān) 二等位基因 顯隱性 PE = pq4 共顯性 PE = pq(1pq) 復(fù)等位基因 PE = pi(1-pi)2-1/2pi2pj2(4-3pi-3pj) 累計：CPE=1-(1-PE1)(1-PE2).(1-PEk)=1-(1-PEk),基因座獨立性分析 連 鎖 平 衡-基因座間沒有相關(guān)性的狀態(tài) 一般規(guī)律：位