DNA指纹概述
（02生物本四 王必娜）
摘要：ＤＮＡ指纹技术是分子生物学中的一种新技术.它是从分子水平区别不同种类生物之间以及同种生物之间差异的重要手段.它在法医学鉴定、物种起源进化研究、动植物及微生物ＤＮＡ指纹资料库的建立、畜牧科学研究、癌症的研究、疾病的诊断、亲子鉴定等方面具有非常重要的应用.本文简要阐述了DNA指纹科学的多个方面.
关键词：DNA指纹，发现,特点，应用
众所周知,我们每个人的指纹都是独特的,两个完全一模一样的指纹是没有的,因为两个不同的人具有相同指纹的概率仅为几十亿分之一.而人的指纹是终生不变的,因此,它就成了每个人终生所特有的特征,但由于一些特殊情况,例如外伤后无手或抹去指纹等就无法从指纹识别这个人.另外,其它生物也无法从指纹上识别.所以,怎样从细胞内部进行识别,就成为人们的一种设想.随着分子生物学的迅速发展,ＤＮＡ指纹技术就解决了这一问题.
1. DNA指纹的由来
DNA指纹是把DNA作为像指纹那样的独特特征来识别不同的人.现代分子生物学知识告诉我们，人身上的每个细胞有总数约为30亿个碱基对的DNA，而每个人的DNA都不完全相同，人与人之间不同的碱基对数目达几百万之多（克隆人除外），因此通过分子生物学方法所显示出来的人的DNA模样就会因人而异，人们就可以像指纹那样分辨人与人的不同，这也就是“DNA指纹”一词的由来.
2. DNA指纹的发现
发现DNA指纹的是英国科学家亚历克·杰夫里斯.20年前的一个清晨，他在研究基因变异时偶然发现基因上存在一些微小的结构，而这些结构足以区别不同的个体.因此，他想到是否可以利用这种结构上的差异来区分不同的人，并绘制出了世界上第一幅DNA指纹.半年后，此项技术得到了第一次应用，而DNA指纹鉴别首次用于司法调查是在1986年.
3. DNA指纹的特点
3.1 高度特异性和稳定性
DNA指纹是从血液或其他组织中提取基因的DNA，用特定方法把DNA切割成很多长短不等的
片段，把这些片段通过电泳的方法按长短分开，然后转移，固定和杂交.这些杂交的片段可以通过放射自显影或染处理显示出来，形成图谱，一般包含15-30条带(即杂交片段)，肉眼可辨.不同个体的图谱是不同的，就像人的指纹一样互不相同.而同一个体的不同生长发育阶段和不同组织的DNA指纹是相同的.所以，它既有高度的个体的特异性，同一个体又是一致和稳定的.从一滴血，一根毛发，精液，几个皮细胞等小样品，甚至从鼻中黏膜，唾液，长久的尸骨都能随时做DNA指纹分析.
3.2 多位点性
    高分辨率的DNA指纹图通常由15-30条带组成，看上去就相挂号信上的条码一样. 在多个物种上的研究表明,DNA指纹区中的绝大多数区带是独立遗传的.因此，一个DNA指纹探针实际上能同时检测基因组中数十个位点的变异性.同时,在1个基因组中,用不同探针获得的ＤＮＡ指纹,在很大程度上是不一样的,用几个不同的探针所获得的信息可以累加.
3.3 简单的遗传方式
    ＤＮＡ指纹图谱的谱带包含的多态信息量很丰富,遵循孟德尔遗传规律,能共显性地稳定遗
传给后代.虽然后代和双亲本间的图谱不一样,但后代的每1条带都可以在双亲之一的图中到.子女的一条带在其父母中的图不到的可能性只有0.004（基因突变的结果）.值得注意的是，同卵双胞胎的DNA指纹图是完全相同的.
3.4 高度变异性
    不同个体有不同的DNA指纹，一般选用任何一种识别四个碱基的内切酶，这种变异就能表现出来.英国遗传学家杰弗里斯对白种人研究表明，两个随机个体具有完全相同的DNA指纹概率仅为二百万分之一.
4. DNA指纹的应用
4.1 在法医学鉴定中具有重要意义
4.1.1 在刑事案件中的应用
在法医学上，如果确定某人是嫌疑犯，则可提取血样或毛发的DNA，做出DNA指纹，然后由犯罪现场残留的血、精液、唾液、痰液、毛发、骨骼或其他肉体成分提取的DNA指纹相对照.
若两者一样，则称其指纹相配，证明该嫌疑犯就是作案的罪犯；反之则否.通常进行上述指纹相配的鉴定叫“配型”工作.
现今世界各国的许多犯罪案件用常规的办案方法是很难破案的.ＤＮＡ指纹就可应用到个体识别、身份认证等,使这一难题迎刃而解.自从英国的Ｊｏｆｆｒｅｙｓ教授1985年发现并建立ＤＮＡ指纹图谱的检验方法以来,很多疑案难案纷纷告破.特别是对和暴力犯罪特别有效.而英国是世界上首先使用ＤＮＡ指纹图谱技术破案的国家dna多态性.
4.1.2 在亲子鉴定中的应用
在亲子鉴定中,主要根据后代某些遗传位点上的等位基因,能否在可能的双亲中到,采用排除原理进行鉴定.也就是说,后代ＤＮＡ指纹中的所有带纹必定来自生物学意义的父亲或母亲,如果后代ＤＮＡ指纹有1条带纹在待定的父亲或母亲的ＤＮＡ指纹中不存在,那么至少可以确定其中一方不是该后代的亲本.照此下去,考察所有待定亲本的ＤＮＡ指纹,除了生物学意义的父亲或母亲以外,其余的都将被排除,因此剩下的即被认定为“真正”的父母.在当今技术背景下，认为ＤＮＡ指纹鉴定比传统的血型和生化多态性鉴定具有更大的优越性.
4.1.3 残骸鉴定
例如在空难或战后受害者残骸的鉴定过程中，单纯依靠法医学和常规法血清学检验，是很难对所有遇难人员的残骸加以区分的.因此,在常规手段行不同时,再采用DNA指纹技术实为一种最佳选择.美国在寻二战和越南战争中失踪人员的遗骸都是通过ＤＮＡ指纹图谱技术到的. 2002年5月7日,我国大连空难尸体的识别,也是通过ＤＮＡ指纹图谱技术进行识别的.
4.1.4 人种、性别鉴定
英国内政部中央研究局研究证明,DNA指纹可在相当大程度上用于人种鉴定,并测出白种人和非洲黑人的DNA多态片段及它的特定范围内的出现频率,具有种族代表性.有人对长达20年的陈旧血迹中的降解DNA进行了性别鉴定.并在人、兽的区分鉴定中取得成功.
4.2 物种进化及起源的应用
利用ＤＮＡ指纹技术可检测不同物种、同种及同种不同个体的亲缘关系,也可进行物种分类鉴定、起源进化的研究.ＤＮＡ指纹技术在物种的起源进化方面显得尤为重要.1856年夏天,在德国的尼安德特峡谷里发现了一种与现代人类很接近的骨骼化石.随后,西班牙、葡萄牙和欧洲其它地方也发现了相近的化石.据考究,尼安德特人生活在约3～10万年前.德国科学家在严格
清除骨骼化石污染后,分离出骨头中的ＤＮＡ,接着做ＤＮＡ指纹图谱,然后与世界各地986个不同地区的现代人ＤＮＡ的同一区域加以比较.最终得出结论:“尼安德特人”不是现代人的祖先.物种在进化过程中,会有很多分支.利用ＤＮＡ指纹技术能够正确的测定出不同物种、同种个体之间的亲缘关系,以确定物种的进化发展方向,用于分类鉴定.具体是用统计学公式来确定个体间的亲缘关系:Ｄ=2Ｎａｂ/(Ｎａ+Ｎｂ),[Ｄ为相似系数,Ｎａ为个体Ａ具有的谱带数,Ｎｂ为个体Ｂ具有的谱带数,Ｎａｂ为二者共有的谱带数].Ｄ值越大亲缘关系越近,遗传距离就越小;Ｄ值越小,亲缘关系越远,遗传距离就越大.
4.3 品种,品系和类的鉴定
与形态学鉴定、同工酶鉴定相比,ＤＮＡ指纹技术是通过检测ＤＮＡ水平上的差异来鉴定品种,具有准确、可靠、不受环境因素影响、且可鉴定表型上难于鉴别的品种等优点.ＤＮＡ指纹技术简单、快速、易于自动化,因而它在品种鉴定方面展示了广阔的应用前景.
例如,ＤＮＡ指纹可以确定畜禽品种间的亲缘关系,以确定优良品种;在畜禽的基因渗透育种中需回交多次,效率很低.Ｓｏｌｌｅｒ等通过分布在整个基因组的多态遗传标记能够减少回交的代数.在基因渗透育种中,基因组选择能够加快回交体中携带有渗入性状的受体系基因组
的恢复,提高育种效率.畜禽疾病对畜禽业影响很大,ＤＮＡ指纹技术在诊断方面提供了依据,进而,提高畜禽业的经济效益.
4.4 动物遗传监测中的应用
目前,对动物的遗传监测,基本上局限于对血清蛋白或组织同功酶电泳测其多态性,可检测的基因位点只有30多个,常检测的位点只有12个,在动物整个基因组中占的比例很小,而且分布不均匀,因此不能代表近交系动物整个基因组的遗传概貌和纯合情况.ＤＮＡ指纹图可分析近交系动物之间在遣传学上相近程度,可用于实验动物的遗传检测和质量控制.另外在识别被盗动物、鉴定用于人工授精的精液品质以及寻有经济效益的数量性状位点的应用中,指纹分析都提供了有效的手段,ＤＮＡ指纹还用于野生动物体差异的研究,使我们更细致地了解自然体的遗传结构和进化关系.
4.5 在蚕业上的应用
用于遗传便宜分析，估算蚕的经济指标在种中遗传频率并出它们的分子标记；双生结合试验；病原体和微生物的定性；组织培养或细胞系确立；疾病检测与控制；它是研究蚕的基
因型形状并定位有关系统选育中的疑点的很好方法；它在蚕的种质性状调查和应用杂交育种技术方面有价值；用来评定育种过程中的基因渗入；它是遗传图谱、品系鉴定、系统和种研究及蚕的遗传改良的工具.
4.6 基因定位和构建基因图谱：
基因定位和构建基因图谱是了解基因结构和功能,确定数量性状位点(ＱＴＬ)在基因组中的位置、进行基因操作的基础.应用ＤＮＡ指纹技术可进行遗传标记和数量性状的连锁分析.
。
4.7 杂交优势预测
现代杂交优势理论认为,用ＤＮＡ指纹测定品种或种间差异,并据此作出的遗传距离要比其他指标稳定,因此用来预测优势也更为准确。同过去的预测杂交优势方法相比,ＤＮＡ分子标记具有明显的优越性:大多数ＤＮＡ分子标记是共显性的,对性状的选择十分便利;基因组变异丰富,分子标记数量多;不受组织、生理阶段及环境的影响,且遗传稳定.
4.8 疾病诊断及癌症研究：
ＤＮＡ指纹技术被广泛地应用一些疾病的诊断及,并起到一定的效果.现在有很多病症,通过癌症是致死率很高的疾病,人们谈癌变,究其原因是因为,迄今为止,世界上还没有根治它的药物和方法.医学科研人员在研究癌症时发现,癌症的最根本的因素是ＤＮＡ的变化.研究发现在不同癌组织ＤＮＡ中均发现了与正常组织ＤＮＡ不同的谱带.因此DNA指纹技术有助于癌症的研究.
4.9 其他：
ＤＮＡ指纹还可用于遗传结构分析、人体基因组制图、遗传性疾病诊治、指导骨髓移植、细胞系鉴定以及寄生虫、微生物等领域的研究.DNA指纹分析还可以用于鉴别双胞胎是异卵双胞胎还是同卵双胞胎；用于器官移植的配型实验，以便筛选出最佳供体；肿瘤DNA指纹的改变可用作肿瘤发生和发展的标志；爱滋病传染案件的鉴定.ＤＮＡ指纹技术可进行遗传标记和数量性状的连锁分析，还可以为中草药的真伪鉴定提供了技术保证等.
5. DNA指纹在实际应用上的长处与不足（与指纹相比）
5.1 DNA指纹的优点
DNA指纹除了具有指纹所能行使的功能以外，它还有其更具革命性的特点，这个特点是与DNA的本质分不开的，即DNA的遗传性.这是DNA指纹突出的优点.
5.1.1  由于DNA是负责遗传特性的基本物质，因此通过对DNA指纹的鉴定就可以判断两个人之间的亲缘关系，而不仅仅是分辨人与人的不同了.如亲子鉴定.
5.1.2  指纹是可以抹去的，但DNA指纹却无法改变或抹去，科学家们只需要一滴血或是一根头发就可以对其DNA指纹进行鉴定。在警察侦破的一些案件中，就会大量的采取血样进行DNA指纹鉴定.
5.1.3  DNA指纹具有时间长久性特点.当一个个体死亡，不具有人形，软组织腐烂，只要还有骨头的存在，就有办法提取DNA，进行DNA指纹分析。人体死亡，手指腐烂，指纹消失，指纹的同一认定或不同认定手阻.
5.1.4  DNA指纹的全息性特点也是指纹所不及的，要得到指纹必须要有保存得很好的手指，而DNA指纹的材料可以是人体任何部位的器官，任何组织团块，残留细胞，每一个组织细胞的DNA指纹都能反映个体的全部信息.