第二章 法医物证检验的 遗传学基础 (Genetic basis) 伍新尧教授 email:wuxinyaomail.sysu.edu.cn,为什么要学习遗传学基础？,现场：物证（血迹、分泌液斑、指纹、唇纹）；可疑作案工作上的痕迹；尸体；尸体上的外源性斑迹。是谁的？谁用过？ 嫌疑人有什么特征？ 用什么指标作为确定当事人的身份？,为什么要学习遗传学基础,寻找人体终生不变的特征 实验室的局限性，如何来克服？ 群体遗传学基础、概率计算,思路,检查现场样本时，分析思路： 1. 是人的？个体特征（characters）? 终生不变的个体特征遗传标记 (genetic marker)! 2. 如何检查（项目技术）? 3. 如何分析?作出什么结论?,法医物证检验 要解决的基本问题 1.确定标本（检材）的个人特征(characters) 2.确定标本的来源(origin)（两两比对） 3.判断标本之间的生物学关系遗传关系 (genetic relationship),第一节 遗传标记,定义 对生物个体进行比较时,需要用一些个体 特征作为标志(markers)。 其中，由遗传控制的个体特，称为遗传标记（genetic markers）。 终生不变，可以遗传。,二. 遗传标记的特点 1）群体中的不同个体之间有差异（diversity）； 2）由遗传决定，即与父母有关; 3）可以看见或检测到; 注意：比较两个个体（或样本）的遗传标记时，要对应位置。 按照在染色体的特定位置（基因座）或线粒体DNA序列的特定位置进行比较 (有可比性) 。,第一节 遗传标记,三. 遗传标记的分类（classification） 1. 基因表达产物： 1) 广义的血型物质(blood group substance) RBC膜上：ABO、MNSs、Rh、Lewis等 HLA：I类A、B、C；II类DR、DP、DQ等； III类（一般不用） 酶型：PGM1，EsD，EAP，GLOI，ADA等 血清蛋白型：Hp，Gc，Gm，Km等 其它（血小板型、唾液蛋白型、精液和阴道液蛋白和酶） 2)个体外观特征,2. 基因/DNA-多态性 基因（gene） 遗传功能单位，指基因组中特定的一段DNA序列，可以编码表达出具特定生物学功能的产物（蛋白质），并且可以一代一代传下去。会有变异。 遗传表型是功能基因的产物。 DNA片段 法医学上将其拓展：基因组中特定的一段DNA序列，个体之间可以进行比较。不限定有功能产物。（目前法医学常用的遗传标记）,第一节 遗传标记,相关概念： 基因座（locus） 染色体DNA线性结构中，基因所在的特定位置。 等位基因（allele） 单一个体的一个基因座上有2个等位基因。但对于一个群体来说，某个基因座上，可以有2个或更多个等位基因，这些基因之间的一级结构（序列）有差异， 表型(phenotype) 基因型(genotype)；纯合子(homozygote)，杂合子(heterozygote) STR基因座的命名方法(D8S1179) （举例）,13 CODIS（combined DNA index system） STR Loci with chromosomal positions,CSF1PO,D5S818,D21S11,TH01,TPOX,D13S317,D7S820,D16S539,D18S51,D8S1179,D3S1358,FGA,vWA,AMEL,AMEL,遗传标记举例,PowerPlex 16 Ladders,9,9,25,22,20,10,9,9,9,10,14,13,12,8,27,第二节 遗传标记的遗传规律,遗传标记（DNA markers）的传递规律 类型? DNA/RNA/蛋白质 分布在什么地方?细胞核/细胞质 1. 常染色体：Mendelian Law； 2. 性染色体: Y-男性伴性遗传（父系遗传）； 3. 线粒体DNA：母系遗传。,Mitochondrial inheritance. Sperm mitochondria are shed before entry of the sperm nucleus. All mitochondrial in the zygote are contributed by the egg cell,Mendel theory 遗传性状(characters)由遗传因子（又称为基因）（hereditary determinant/factor）决定； 每一性状由一对遗传因子控制(分别来自一对染色体中的一条) 因此，控制性状的一对遗传因子中，一个来自父亲，另一个来自母亲。,孟德尔和他的豌豆实验,Mendelian Laws,1分离律（Laws of segregation）, Mendel theory 形成生殖细胞时，每对遗传因子（即等位基因）相互分开（即分离），分别进入生殖细胞中。 2自由组合律（Law of independent assortment） 控制不同性状的遗传因子（等位基因）是自由组合的；生殖细胞的结合，形成一个新的合子时，是随机的。,2自由组合律（Law of independent assortment）控制不同性状的遗传因子（等位基因）是自由组合的。,不同位置的DNA的遗传规律 1.男性伴性遗传的特点 Y-chromosome 传递男性伴性遗传特征；前提：基因或遗传标记要在Y-chr.上；结果：同一父系的所有男性都具有相同的Y-chr(除非突变)。 2. X-chr.的遗传规律 3.母系遗传的特点(复习受精卵形成过程),第三节 群体遗传学,概念 群体遗传学(population genetics) 一个群体(population):指孟德尔群体(Mendelian population), 1）在一定地域内繁衍后代的生物个体的集群; 2）这些个体间可以随机婚配 ; 3）共有同一个基因库(gene pool); 4）能实现这些基因世代传递并保持稳定， 其基因频率和基因型频率在世代传递过程中， （代代）保持不变。,孟德尔群体(Mendelian population),条件是：没有自然选择，突变，遗传漂变，人口迁移，近亲婚配等事件发生时即理想化的条件 。 自然选择： 自然选择 (selection) 生物进化过程必定伴有变异,有利的变异使生物体更易于生存和繁殖, 有害或不太有用的变异将被淘汰,这就是自然选择。 某种基因型的生存力和生殖力的差异，对下一代的基因数 的贡献不同，例：苯丙酮尿症,苯丙酮尿症(phenylketonuria),遗传性疾病，缺乏苯丙氨酸羟化酶（1）出生 4个月后出现智力低下，毛发颜色转为黄褐色，皮肤白嫩易出现湿疹样皮疹，巩膜蓝色，尿有“霉臭”或“鼠尿样”气味。（2）2岁之内出现神经及精神症状，如肌张力高，躯体常常前后摆动，行走时姿态蹒跚。部分患者表现胆小，约25%患者有反复发作的惊厥。（3）智力在新生儿阶段，无明显差异，次后就逐渐落后。85%患者智力只在白痴水平，极少数（1%）能够达到正常水平。如果不治疗，患者寿命缩短，只有25%左右的患者能活到30岁。苯丙酮尿症的发生率为万分之一。 如果不治疗，此类基因会逐渐减少。 其病因是病人12号染色体上的苯丙氨酸羟化酶基因突变，使肝脏无法合成这种酶，以致蛋白质中的苯丙氨酸不能氧化成酪氨酸（再变成儿茶酚胺和黑色素），而只能变成苯丙酮酸。大量苯丙氨酸及其酮酸会对正在迅速发育的婴儿神经系统造成 损害，表现为进行性智力落后。 苯丙酮尿症患者父母为近亲的比较多。,第三节 群体遗传学,突变（mutation) 遗传漂变（genetic drift） 取样误差而产生的基因频率的波动，称作遗传漂变。漂变在所有群体中都能出现，但群体愈大，漂变就愈小，甚至可以忽略不计；群体愈小，漂变的效应愈明显。 近亲婚配（inbreeding） 使某种基因的纯合子比例上升。,第三节 群体遗传学,基因库(gene pool)：一个群体中所有个体的基因型的集合。 若为二倍体生物， 有N 个体的一个群体，它的每一个基因座都有2N个“基因”。 基因频率(allele frequency, gene frequency） 基因型频率（genotype frequency）,第三节 群体遗传学,2. 多态性和杂合性 1) polymorphism：（广义）一种生物群体内，某一性状方面存在有个体差异，就称这一性状具有多态性； （狭义）一个基因座(locus)上有2个或2个以上的等位基因，其中低频等位基因的频率要等于或大于0.01,此基因座才称为具有多态性。 2) 多态性形成的机制的内容在第3章。 3) heterozygosity：对一种生物群体的某一基因座来说，杂合子个体在该群体中的比例。,第三节 群体遗传学,3. 基因频率 一个群体的某个基因座的某个等位基因在该群体中的相对频率，称为该等位基因的基因频率， 以小数来表示。一个基因座的所有等位基因的频率和等于1。 例：ABO血型。某个群体有100个人，共有A基因50个，则A基因的频率为0.25。该基因座的所有等位基因（A、B、O指隐性基因）频率和等于1。 基因型频率 一个基因座 ，每一个体具有2个等位基因基因型。如ABO血型，个体的基因型可以是A/A,A/O;A/B; B/B,B/O;O/O。 这些基因型在群体中的相对频率，称为基因型频率。计算方法与基因频率相同。 纯合子（homozygote）, 杂合子（heterozygote）,第三节 群体遗传学,4. Hardy-Weinbergs equilibrium 一个随机婚配的“理想群体”（即孟德尔群体），其基因频率和基因型频率在世代传递过程中，（代代）保持不变。 基因座的基因频率（p/q/r）和基因型频率可以用下面的公式计算 (p+q)=p2 +2pq +q2=1 或 (p+q+r)=p2 +2pq +q2 + 2pr+2qr+r2=1 即达到了Hardy-Weinbergs equilibrium。,Hardy-Weinbergs equilibrium检验,吻合度检验（X2检验chi-square test，exact test）考察群体某个基因座的等位基因频率实际测量值与期望值之间的差异是否具有显著性意义：自由度，p值； p值0.05, 表示实际测量值与符合Hardy-Weinbergs equilibrium的期望值的差异没有显著性意义。即吻合。 可以代表实际人群的资料。否则，不能代表该人群。,符合Hardy-Weinbergs equilibrium（HWE）的意义,认为该群体资料具有代表性； 符合HWE的群体资料,可用于该群体中发生的案件处理（法医学概率的计算）。 其计算结果可以作为分析判断案件的依据。,第四节 常用的遗传标记的法医学应用参数,杂合度（heterozygosity） 对于一个基因座来说，杂合子个体在该群体中 的比例。 杂合度 杂合度高，表示该基因座的多态性高。 若各个等位基因 频率分布较为平衡，杂合子（基因型）数目多，分析该基 因座作个体识别时的价值高。,第四节 遗传标记的法医学应用参数,二. 个体识别力(discriminating power，DP) 在某个群体中随机抽取两个体，检测一个基因座的遗传标记，两者具有不同基因型的概率。用DP值表示。DP值越高，这个基因座作为个体识别的工具的效率越高。,个体识别力(DP值计算公式) 单基因座 Pm=该基因座的偶合率，Pi=第i个基因型频率，n=基因型总数 偶合率=检查该基因座后出现基因型相同的概率=各种基因型频率的平方和。 多基因座 累积 Pj=第j个多态性基因座的偶合率 m=该次检测的总基因座数 为乘积,基因座非父排除率 的计算,单个基因座的非父排除率计算公式 Pi代表该基因座 i 等位基因的频率(i=1n) (