第二章-物证分析的遗传学基础

第二章物证分析的遗传学基础目的与要求1、掌握遗传标记、基因、基因座、基因型、表型的概念和遗传标记的分类。掌握Mendel分离律、Mendel自由组合律的基本原理和母系遗传、父系遗传的特点。2、掌握遗传多态性、等位基因频率、基因型频率、表型频率的概念。掌握Hardy-Weinberg群体、基因库的概念和Hardy-Weinberg平衡定律的概念、意义。熟悉基因频率的计算方法和基因座独立性分析的方法、意义。3、掌握杂合度、个人识别率、非父排除率的概念，熟悉其计算方法。人类遗传学是法医物证学的重要基础遗传--子代和亲代相似性—没有遗传，变异不能积累变异--生物个体间的差异—没有变异，失去进化动力遗传和变异是生物界最基本的两个特征遗传--是相对的、保守的—使生物体特征得以延续***亲子鉴定的理论基础变异--是绝对的、发展的—使生物界具有形形色色***个人识别的分子学基础遗传标记单位遗传性状：可被检测的、由遗传决定的，并能够以一定的规律从亲代传给下一代的形态学、生理学及分子生物特征。遗传标记：个体的单位遗传性状作为标志用于法医生物分析时，这种性状就称为遗传标记。比如：ABO血型，TH01基因座。第一节基本概念一、基因（gene）基因是指能够表达出特定功能的产物，并决定生物体特定性状的一段DNA序列。1865年孟德尔（奥地利）--遗传因子--抽象的概念1909年约翰逊（丹麦）--基因--染色体为载体1953年华生和克里克--核酸结构--双螺旋结构基因座（locus)：基因在染色体上的一个特定位置不同的基因座沿染色体直线排列等位基因:同一个基因座上的基因可以有多个，它们之间存在一级结构的差异，这种有差异的基因称为等位基因复等位基因：对群体而言，一个基因座上具有3个或3个以上的等位基因，称为复等位基因，如ABO血型。基因互作：基因互作最常见的是等位基因间的相互作用**显性、隐性和共显性关系二、基因型（genotype）AAAOBBBOABOO概念：个体一个或多个基因座的等位基因的组合形式称为基因型**是生物体可见性状的实际基因组成广义---一个个体的遗传结构或组成狭义---一个特定基因座上等位基因的组合**在人类等二倍体生物中染色体是成对存在类型：每个基因座上的等位基因成对存在纯合子---成对的等位基因相同的合子杂合子---成对的等位基因不同的合子三、表型（phenotype）概念：是指生物体某特定基因所表现出的性状。特点：基因型与表型不是一对一的关系，表型是基因型和环境因素相互作用的结果。有些性状需通过一定的方法才能检测到，如观察ABO血型需通过红细胞凝聚实验。决定群体遗传结构的是基因、基因型及其频率，而表型是个体遗传标记检测结果。遗传标记概念：个体的单位遗传性状作为标志用于法医生物分析时，这种性状就称为遗传标记。特征：可遗传性、可识别性遗传标记具有个体特异性-----个人识别的重要依据遗传标记按一定规律遗传-----亲子鉴定的理论基础种类：形态学遗传标记细胞学遗传标记生物化学遗传标记免疫学遗传标记法医遗传标记分类表达产物水平DNA分子水平红细胞血型白细胞血型血小板型血清型酶型其他DNA序列多态性DNA长度多态性血型的概念狭义—血液中细胞表面有遗传决定的抗原差异广义—由遗传决定的人类血液的个体差异第二节遗传规律人类染色体同源染真核生物一个生殖细胞中所含的染色体数称为一个染色体组，以上所有基因或遗传物质称为一个基因组。具有一个染色体组的细胞为单倍体（n)核内DNA常染色体孟德尔定律性染色体(Y)男性伴性遗传核外DNA线粒体DNA母系遗传一、孟德尔定律分离律：指在生殖细胞通过减数分裂形成配子时，成对的等位基因彼此分离，并独立地分配到不同配子中♦每个配子中只含有亲代一对基因中的一个，完成不同遗传性状的独立传递。法医学意义：亲子鉴定的理论基础（1）在肯定孩子的某个等位基因是来自生父，而被控父亲并不携带有这个基因的情况下，可以排除他是孩子的生父。（2）在肯定孩子的某些基因是来自生父，而被控父亲也带有这些基因的情况下，不能排除他是孩子的生父分离律自由组合律：在配子形成时，不同基因座上的非等位基因彼此分离后，随机地自由组合，形成子代基因型♦子代基因型中各含有父方和母方的一个基因♦先决条件：各基因座间没有遗传连锁关系法医学意义：检验结果统计分析的理论基础个人识别---累计鉴别几率的计算亲子鉴定---累计父权排除概率要求：选择符合自由组合律的遗传标记位于不同染色体上在同一染色体上相距较远的位置通过群体调查证实没有遗传连锁关系二、非孟德尔遗传规律1.母系遗传(线粒体DNA)(1)遗传物质位于细胞其中，不受核移植的影响(2)无有丝分裂和减数分裂的周期变化(3)子代只表达母方的特征应用：母系进化研究，缺乏父亲的亲子鉴定，其他2.男性伴性遗传(Y染色体DNA)（1）Y染色体非重组部分的DNA序列（2）连锁遗传（以单倍体形式遗传）（3）只遗传给男性子代应用：父系进化研究，缺乏母亲的亲子鉴定，性犯罪第三节群体遗传群体:广义是指同一物种所有的个体。狭义指在一定地域内一群随机婚配，能实现基因世代传递,并保持稳定的许多个体的集群，又称为Hardy-weinberg群体。群体遗传学：是研究群体的遗传组成结构及其演变规律的一门学科。群体遗传结构：指群体基因、基因型的种类及其频率。群体遗传学受群体大小、突变率、选择压力、遗传演变变、人口移居、婚配方式等各种因素的影响一、遗传多态性基本概念：是群体遗传标记的基因座上存在有2个或2个以上等位基因，并且等位基因的频率大于0.01.形成机制：基因突变群体的遗传多态性个体的遗传独特性主要类型：表型多态性染色体多态性抗原多态性蛋白质多态性酶多态性DNA多态性主要参数：基因频率、基因型频率及表型频率表型频率就某一性状而言，某一表型在群体中所占的百分比计算由群体的调查基因型频率在一个群体中，某种基因型数目占该基因座上所有基因型总数的百分比计算由表型频率和基因频率计算基因频率在群体中，某等位基因数目占该基因座上所有等位基因总数的百分比计算基因型明确---计数法存在隐性基因---方根法、最大似然量估计某群体MN血型调查结果：M型20人，MN型50人，N型30人表型频率=表型数目/调查人总数基因频率=2×纯合子数+含该等位基因的杂合子数2×总观察个体数方根法二、Hardy-Weinberg平衡定律Hardy英国数学家，Weinberg德国医生分别提出的阐述了繁殖对群体的基因和基因型频率的影响作用定律内容：在一个无限大的随机婚配群体中、在无大规模迁移、无突变和无选择的情况下，群体中的基因频率和基因型频率在逐代传递中保持不变数学表达：(p+q)2=p2+2pq+q2应用意义（1）反映基因频率和基因型频率的关系纯合子基因型频率=该基因频率平方杂合子基因型频率=两基因频率乘积的二倍（2)群体样本的检验对抽样调查的结果进行检验，评估调查的群体是否符合Hardy-Weinberg平衡定律，评估群体调查资料的可靠性。检验方法：吻合度检验法，纯合度检验法等吻合度检验法概念：运用χ2检验来衡量基因型数目观测值与该位点上全部基因型频率分布在符合Hardy-Weinberg平衡时的期望值之间的吻合程度。卡方分析计算χ2：χ2=∑（观察值—期望值）2期望值纯合子基因型期望值=基因频率2×样本数杂合子基因型期望值=2×基因频率乘积×样本数求p值：自由度（df)=观察基因型—等位基因数p0.05无显著性差异说明所调查的群体达到了遗传平衡-调查数据可信p0.05差异显著①被调查群体未处于遗传平衡②遗传标记分型技术或标准出现误差③没有达到随机抽样的要求估计基因频率分析：基因A,ap+q=1基因型AAAaaap2+2pq+q2=1表型A型a型计算：a等位基因的频率（q）=√q2A等位基因的频率（p）=1-q实例：某群体调查结果：A型75人，a型25人aa基因型频率=25/100=0.25a等位基因频率（q）=√0.25=0.5A等位基因频率（p）=1-0.5=0.5估计群体调查资料的可靠性群体1表型观测值484合计16p=0.5q=0.5群体2表型观测值4124合计20p=0.5q=0.5理论值差值4（0.52×16）08（2×0.52×16）04（0.52×16）0160理论值差值5（0.52×20）110（2×0.52×20）25（0.52×20）1204群体1表型观测值期望值（A-T)2p=0.5q=0.5440880df=3-2=1440p0.05=3.84合计16160χ2=0/4+0/8+0/4=0p0.05群体2表型观测值期望值(A-T)2p=0.5q=0.545112104df=3-2=1451p0.05=3.84合计20206χ2=1/5+4/10+1/5=0.2+0.4+0.2=0.8χ2=∑（观察值—期望值）2/期望值注意：1.基因型数目指实际观测到的类型数目2.计算STR群体调查时常需要将低频基因型数合并基因座独立性分析连锁平衡-----基因座间没有相关性的状态一般规律：位于不同染色体上的遗传标记位于同一条染色体上相距10Mb的遗传标记法医应用：运用乘积定律的先决条件个人识别和亲子鉴定-检验结果的评估分析方法：使用2×2统计表进行χ2检验A(+)A(-)合计B(+)10（8.28）6（7.72）16B(-)5（6.73）8（6.28）13合计15（15.0）14（14.0）29A（+）期望值=16/29×15=8.28连锁不平衡-----基因座之间具有相关性应用注意：需用单倍型来描述和评估群体的遗传结构第四节遗传标记的法医学应用参数1.杂合度--评估遗传多态性程度概念：群体中某个遗传标记所有基因型中杂合子所占的比例计算：样本中杂合子数目样本中个体数基因差异度—某一遗传标记在某群体中的变异程度其本质与杂合度意义相同。观察值h=—————————期望值H=——1-∑Pi2k等位基因数nkn等位基因总数n-1i=1Pi第i个基因频率2.个人识别率（probabilityofdiscriminationpower,DP)----评价遗传标记识别无关个体效能大小的指标概念：群体中随机抽取两个体，其遗传标记表型不相同概率nn---某遗传标记的表型数目公式：DP=1—Pm=1—∑Pi2i=1Pi---该群体第i个表型频率Pm指人群中随机抽取两个无关个体，在某一个基因座上二者表型纯粹由于机会而一致的概率。累计：评价多个遗传标记系统识别无关个体综合能力TDP=1-(1-DP1)(1-DP2)(1-DP3)….(1-DPk)k=1-Pm1×Pm2×Pm3…..Pmk=1-∏Pjj=1强调：适用乘积公式的前提条件是遗传标记独立遗传对于连锁的遗传标记（线粒体DNA、Y-染色体遗传标记）P指单倍型的频率3.非父排除率（PE)指孩子的非亲生父亲的男子，能够被某个遗传标记系统排除的概率。----评估某遗传标记系统在亲权鉴定案件中的实用价值计算：非父排除率与遗传标记的遗传方式有关遗传标记的遗传多态性越高，非父排除率就越高。