导读:法医DNA检测按照DNA来源可以分为常染色体DNA检测和Y染色体DNA检测;按照分子标记的不同可以分为STR检测和SNP检测;本文简述法医DNA检测技术发展历程,介绍当前主要应用的几种技术及其优缺点。
法医DNA检验技术是过绘制人类DNA图谱,进行图谱间比对来实现同一性认定。其主要依据是人类DNA的多态性,包括序列长度多态性和碱基序列多态性两种。根据DNA不同可分为常染色体DNA检测、Y染色体
该技术是由一系列技术组合形成的技术包,如DNA提取技术、限制性酶切技术、PCR扩增技术、荧光标记技术、DNA杂交技术、凝胶电泳技术、测序技术等。随着这些技术的发生发展,法医DNA检测技术经历了从基于杂交的DNA指纹图谱技术到基于PCR扩增的AFLP、STR检测技术和基于测序的线粒体DNA(mtDNA)检测技术等重大技术革新。
法医DNA检测技术的进步离不开生物化学、物理学和遗传学的发展。目前已发展到以复合荧光标记多重STR检测、mtDNA检测技术和SNP分析为主导的技术体系。STR检测又分为常染色体STR检测、Y染色体STR检测。这些技术已经成为公安机关侦查破案的利器,在刑侦办案、亲子关系确认、灾难受害者身份识别和证实罪犯等方面发挥着巨大的作用,已经成为法医物证检验的重要组成部分。
DNA指纹技术
DNA指纹是应用最早的一种法医DNA技术,属于限制性片段长度多态性标记(RFLPs),利用特异的限制性内切酶将基因组DNA切割成一系列DNA片段,经电泳分离后,用特异探针显色得到DNA条带。这种技术操作繁琐,周期长,并且需要利用放射性同位素或荧光探针或者银染显色,所以应用局限性较大,并没有大范围普及,目前已经被淘汰。
AFLP(扩增片段长度多态性分析)
AFLP分析是基于PCR扩增的法医DNA检测技术,比DNA指纹技术简单、多态性好。根据基因组中可变数目串联重复序列两端保守序列设计引物,扩增这种重复串联序列,有着较好的多态性。但由于有时扩增片段长度差异较大,PCR扩增效率和扩增稳定性不够好,逐渐被STR(短串联重复序列标记)取代,可以说是STR检测技术的较低版本。
STR检测技术
随着短串联重复序列(STR)的发现,STR技术很快发展成为法医DNA检测的重要技术。由于STR片段长度相对较短,片段的退火温度较为相似,便于实现多位点多重扩增。STR检测技术进一步完善发展,与荧光标记和现代化遗传分析仪相结合,实现法医DNA检测的全自动化。STR检测技术成为目前法医DNA检测应用最为广泛的技术。并且当前的大型DNA数据库都是采用STR技术建立起来的,而且数据库规模还在迅速增长。全自动高通量的STR检测平台和覆盖全面的STR数据库相结合,使得STR技术在刑侦办案中所向披靡,破获了大量的疑难案件。法医DNA检测技术于相关仪器、检测试剂耗材的同步发展,将是法医学DNA检测技术提供者的两大任务。其中Y染色体STR技术详见“法医Y-DNA检测技术科普”板块。
mtDNA检测技术
mtDNA(线粒体DNA)检测是一种序列碱基多态性。该技术对存在于人类细胞的细胞质中的线粒体DNA进行多态性检测。mt是一条闭合环状DNA,在一个生物细胞中存在很多个拷贝,其结构中有高变区域。无母系亲缘关系的个体间多态性较好,且存在一些高变区域。利用高变区域的序列多态性,方便进行个体识别。由于人类mtDNA不发生重组,受精卵形成时线粒体来自母亲提供的卵子,所以遵循母系遗传,适用于母子关系认定。
由于人体的每个细胞中都含有成千上万个拷贝的mtDNA,相比核DNA只有一个拷贝,mtDNA在检测上灵敏性更高。其闭环结构,具有抵抗降解的能力。可以对古老材料、腐败材料、角化细胞如毛发和指甲等材料进行分析。由于这些材料中核DNA大部分已经降解,mtDNA检测别具优势。
mtDNA属于一种碱基多态性标记,如果能借助于现代测序技术结合,可以更大的发挥效用。详见“mtDNA检测技术”板块。
单核苷酸多态性性(SNP)分析技术
SNP是一种序列多态性,指DNA序列中单个核苷酸变异。由于在同一个碱基位置发生两次突变的概率极低,所以SNP标记通常有两种基因型(少数存在4种基因型),比较便于结果分析。SNP标记分布非常广泛,数目众多,DNA微少的生物检材料也可以实用。SNP标记的检测既可以通过对目的DNA扩增和测序。微阵列DNA芯片、飞行质谱分析和变性高效液相层析法等非电泳分型技术。相关领域技术方法为法医DNA检测分析奠定了坚实的基础。随着高通量检测仪器的发明,遗传标记数目和数据逐渐完善,数据库信息的深度挖掘和分析,法医DNA检测技术不断地进步。
我过法医DNA检测技术基本与国际同步,早在上世纪80年代,公安部物证鉴定中心就开始展开DNA指纹技术的研究并应用于办案,然而由于技术繁琐、周期长,没有实现大范围的普及。八五期间,发展了DNA扩增片段长度多态性标记和人类mtDNA测序技术。
STR技术局限性 突变率相对较高,SNP则低很多
正在研究的可应用于法医学的遗传标记除SNP以外,还有插入缺失标记、Alu重复序列、DNA甲基化表观遗传学标记等。
InDel标记同SNP标记一样也是一种二态性遗传标记,于SNP有着近似的自然突变率,显著低于STR。两个等位基因表现为少数碱基的片段长度多态性,可利用复合荧光多重PCR扩增和毛细管电泳分型技术进行检测,因而成为法医DNA鉴定关注的热点。
Alu重复序列是灵长类动物基因组中的短散在重复序列家族的一员,是一种比较活跃的遗传元件。由于包含限制性内切酶Alu的没切位点,所以成为Alu重复序列。存在于几乎所有基因的内含子中,居于普遍性、多样性和特异性。
DNA甲基化
是一种重要的表观遗传标记,可能应用于对同卵双胞胎和连体婴身份识别,作为目前经典遗传标记的有效补充。目前正在研究具有潜在法医学应用价值的DNA甲基化位点,有望依据甲基化的SNP位点进行身份识别。
以上几种新检测方法,由于还却少系统性研究和成熟的应用体系,目前仅作为常规STR检测技术的补充检验技术,用于弥补STR检验中存在的不足。其中SNP和indel标记更加适合DNA芯片等高通量检验,伴随着二代和三代测序技术的迅速发展及相关标准和体系的建立,其检验时间有望大幅缩短,对应的检测设备将更易于便携,有望成为法医DNA检测的下一代主流技术。
来源于:仪器信息网
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