物证分析的遗传学基础

第二章物证分析的遗传学基础遗传学定义：研究生物遗传和变异规律的一门科学遗传--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内容：遗传物质的本质--化学本质、遗传信息、结构和变化遗传物质的传递--复制、遗传规律和基因的数量变迁遗传信息的实现--基因的功能、相互作用，作用调控第一节基本概念一、基因（gene）基因是指位于染色体（或线粒体）上，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◆基因是DNA分子上具有遗传学效应的核苷酸序列---基因组计划：人类基因组全部30亿个核苷酸对的排列顺序◆基因是遗传信息传递、表达、性状分化发育的依据---基因组后时代：基因组编码的蛋白质的功能DNA序列中含有的遗传信息的生物学功能基因座位：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基因本身在结构和功能上也存在着差异♦位于一对同源染色体上，位置相同，控制同一性状的一对基因称为等位基因。♦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。基因是可分的，也是可移动的，它不是固定不变在染色体上的静止结构基因互作：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：基因的不同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。是基因型和环境因素相互作用的结果形式：生物体所表现的形态、生理和生物化学特征生物中能被描述或量度的任何生物学性质特点：有些性状是不遗传的、或是短暂的过度状态有些性状能以不同的类型按一定比例在几代维持不变可检测的，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、生理学及分子生物学特征，称为单位遗传性状。遗传标记概念：单位遗传性状作为标识用以识别携带它的个体、细胞、染色体或用以研究家系和群体的遗传方式时，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基因组---一个生物体的所有基因或遗传物质核内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：在配子形成时，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遗传学研究的基本单位---孟德尔群体是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。群体遗传学研究的主要内容---遗传结构是指孟德尔群体中基因及基因型的种类和频率**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群体遗传学研究群体的遗传组成结构及其演变规律一门科学研究群体中基因的分布及逐代传递中维持和改变基因频率和基因型频率的因素一、遗传多态性基本概念：是指一个群体中，同时存在两种或两种以上的不连续的变异型或等位基因，每种类型的比例不是由重复突变来维持的（基因频率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一个群体中，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应用意义：（1）估计基因频率（2)估计群体调查资料的可靠性估计基因频率分析：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3.非父排除率（excludingprobabilityofpaternity)----评估某遗传标记系统在亲权鉴定案件中的实用价值也称为父权排除概率（probabilityofexclusion,PE）概念：通过检测遗传标记，能将不是生父的个体排除的几率计算：非父排除率与遗传标记的遗传方式有关二等位基因显隐性PE=pq4共显性PE=pq(1—pq)复等位基因PE=∑pi(1-pi)2-1/2[∑∑pi2pj2(4-3pi-3pj)]累计：CPE=1-(1-PE1)(1-PE2)….(1-PEk)=1-∏(1-PEk)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