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DNA指纹图谱-原理、方法、应用(DNA指纹图谱的方法)

发布时间:2022-01-31 10:27:56 阅读:125342次 来源:百度学术

  DNA 指纹或 DNA 分析是一种用于确定DNA特定部分的核苷酸序列的过程,该序列在所有人类中都是独一无二的。

  DNA指纹识别的过程是由莱斯特大学的亚历克杰弗里爵士于1985年发明的。

  DNA指纹图谱的原理

DNA指纹图谱的原理

  地球上每个人的 DNA 99.9% 相同。然而,大约 0.1% 或 3 x 10 6碱基对(3 x 10 9  bp 中)的 DNA 在每个个体中是独一无二的。

  人类基因组拥有大量重复多次的小型非编码但可遗传的碱基序列。它们不编码蛋白质,但构成了我们遗传 DNA 的 95%,因此被称为“垃圾 DNA”。

  它们可以在密度梯度离心过程中作为卫星从大量 DNA 中分离出来,因此称为卫星 DNA。

  在卫星 DNA 中,碱基的重复是串联的。根据长度、碱基组成和串联重复单元的数量,卫星 DNA 具有微卫星和小卫星等子类别。

  卫星 DNA 显示出多态性。当基因座上的变异以超过 0.01 个群体的频率存在时,使用术语多态性。

  变异是由于突变而发生的。非编码序列中的这些突变随着时间的推移而堆积起来,形成了 DNA 多态性的基础(由于突变而出现遗传水平的变异)。

  因此,垃圾 DNA 区域由长度多态性组成,这些多态性显示了 DNA 分子物理长度的变化。

  在染色体上的特定位点,串联重复的数量因个体而异。染色体上的任何特定基因座都会有一定数量的重复。

  根据重复的大小,重复区域分为两组。短串联重复 (STR)包含 2-5 个碱基对重复,可变数量的串联重复 (VNTR)具有 9-80 个碱基对的重复。

  由于孩子50%的DNA来自父亲,另外50%来自母亲,所以孩子DNA特定区域的VNTR数量会有所不同,可能是由于碱基的插入、缺失或突变对。

  因此,每个人都有不同的 VNTR 组成,这是 DNA 指纹识别的主要原理。

  由于核苷酸的单一变化可能会产生更多给定核苷酸的切割位点,或者可能会取消一些现有的切割位点。

  因此,如果任何个体的 DNA 被限制性内切酶消化,就会产生片段模式(大小)并且在切割位点位置上会有所不同。这是DNA指纹识别的基础。

DNA指纹图谱-原理、方法、应用

  DNA指纹图谱的方法

  限制性片段长度多态性 (RFLP) 和聚合酶链式反应 (PCR) 扩增短串联重复 (STR) 是广泛用于 DNA 指纹识别的两种主要 DNA 测试。

  A. 限制性片段长度多态性(RFLP)

  此过程的第一步是从待测样品材料中分离 DNA 。RFLP 测试的样本量必须足够大才能获得正确的结果。

  一旦获得所需大小的样品,就从样品中分离 DNA,并使用限制性内切酶进行限制性消化

  然后通过琼脂糖凝胶电泳分离消化的 DNA 样品,其中根据大小分离 DNA。

  下一步是将分离的 DNA 从凝胶板上转移到硝酸纤维素 膜上,以与一个 VNTR 区域特异的标记探针杂交(放射性标记的 VNTR 区域核苷酸序列的互补序列)。

  这种将DNA转移和杂交到硝酸纤维素膜上的技术被称为Southern印迹,是分子生物学家最广泛使用的DNA检测技术。

  与放射性探针杂交后,X射线胶片从Southern印迹显影,只有放射性探针结合的区域才会出现在胶片上。

  现在,这些条带与其他已知样本相比,将给出 DNA 指纹识别的最终结果。

  好处

  RFLP 被认为比 PCR 更准确,主要是因为使用的样本量更大,使用新鲜的 DNA 样本,并且没有扩增污染。

  局限性

  然而,RFLP 需要更长的时间来完成分析并且成本很高。

  B. 短串联重复 (STR) 的聚合酶链式反应 (PCR) 扩增

  通过PCR 扩增特定可变区的数千个拷贝,这是该检测的基础。

  使用凝胶电泳扩增和分离具有已知重复序列的 STR。

  检查 STR 迁移的距离。

  为了使用 PCR 扩增 STR,一种称为引物的短合成 DNA 专门设计用于连接到 DNA 可变区两侧的高度保守的常见非可变区。

  通过将 PCR 扩增的 STR 序列大小与其他已知样本进行比较,将得出 DNA 指纹图谱的最终结果。

  好处

  少量样品足以进行测试。

  需要更短的时间来完成。

  成本较低。

  局限性

  不如 RFLP 准确。

  放大污染的可能性。

  DNA指纹图谱的应用

  科学家使用 DNA 指纹识别技术,仅使用其 DNA 样本来区分同一物种的个体。它是识别个人的主要方法。

  法医学:

  用于 DNA 分析的生物材料有:血液、头发、唾液、精液、身体组织细胞等。从证据样本中分离的 DNA 可以通过 VNTR(可变数量的串联重复)原型进行比较。它有助于解决谋杀和强奸等罪行。

  亲子鉴定:

  一个人从他或她的父母那里加入他或她的 VNTR。亲子VNTR原型分析已用于解决争议案件。此信息还可用于继承案件、移民案件。

  个人识别:

  它利用使用 DNA 指纹作为一种遗传条形码的概念来查明个人。

  遗传性疾病的诊断:

  它还可用于诊断产前和新生儿的遗传性疾病。这些疾病可能包括囊性纤维化、血友病、亨廷顿病、家族性阿尔茨海默病、镰状细胞性贫血、地中海贫血等。

  遗传性疾病治疗方法的开发:

  通过研究有某种特定疾病史的亲属的 DNA 指纹,可以确定与该疾病相关的 DNA 原型。

  艾滋病检测:

  通过比较艾滋病病毒“RNA”带(使用 RTPCR 转化为 DNA)与男性血液形成的带,可以识别患有艾滋病的人。

  育种计划:

  育种者通常使用表型来评估植物或动物的基因型。由于很难从外观上判断纯合或杂合优势,DNA指纹技术可以对基因型进行严格而精确的确定。它基本上可用于繁殖赛马和猎犬。

本文链接:https://www.zjby-biotech.com/news/hydt/775.html

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