物证分析的遗传学基础-课件.ppt

1、 遗遗 传传 学学定义：定义：研究生物研究生物遗传遗传和和变异变异规律的一门科学规律的一门科学 遗传遗传-子代和亲代相似性子代和亲代相似性没有遗传，变异不能积累没有遗传，变异不能积累 变异变异-生物个体间的差异生物个体间的差异没有变异，失去进化动力没有变异，失去进化动力 遗传和变异是生物界最基本的遗传和变异是生物界最基本的两个特征两个特征 遗传遗传-是相对的、保守的是相对的、保守的使生物体特征得以延续使生物体特征得以延续 *亲子鉴定的理论基础亲子鉴定的理论基础 变异变异-是绝对的、发展的是绝对的、发展的使生物界具有形形色色使生物界具有形形色色 *个人识别的分子学基础个人识别的分子学基础内容：内

2、容：遗传物质的本质遗传物质的本质-化学本质、遗传信息、结构和变化化学本质、遗传信息、结构和变化 遗传物质的传递遗传物质的传递-复制、遗传规律和基因的数量变迁复制、遗传规律和基因的数量变迁 遗传信息的实现遗传信息的实现-基因的功能、相互作用，作用调控基因的功能、相互作用，作用调控 第一节第一节 基基 本本 概概 念念一、基因（一、基因（genegene）基因是指位于染色体（或线粒体）上，能够表达出特定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功能的产物，并决定生物体特定性状的一段DNA序列。序列。18651865年年 孟德尔（奥地利）孟德尔（奥地利）-

3、遗传因子遗传因子-抽象的概念抽象的概念 1909 1909年年 约翰逊（丹约翰逊（丹 麦）麦）-基基 因因-染色体为载体染色体为载体 19531953年年 华华 生生 和和 克里克克里克 -核酸结构核酸结构-双螺旋结构双螺旋结构基因是基因是DNADNA分子上具有遗传学效应的核苷酸序列分子上具有遗传学效应的核苷酸序列 -基基 因因 组计划组计划：人类基因组全部：人类基因组全部3030亿个核苷酸对的排列顺序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后时代：基因组编码的蛋白质的功能：基因组编码的蛋白质的功能 D

4、NADNA序列中含有的遗传信息的生物学功能序列中含有的遗传信息的生物学功能基因座位基因座位：基因在染色体上的一个特定位置：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性状的一对基因称为等位基因等位基因。一个基因座上具有一个基因座上具有3个或个或3个以上的等位基因，个以上的等位基因，称为称为复等位基因复等位基因。基因是可分的，也是可移动的，它不是固基因是可分的，也是可移动的，它不是固

5、定不变在染色体上的静止结构定不变在染色体上的静止结构基因互作基因互作：基因互作最常见的是等位基因间的相互作用：基因互作最常见的是等位基因间的相互作用 *显性、隐性和共显性关系显性、隐性和共显性关系 二、基因型（二、基因型（genotypegenotype）A A A O B B B O A B O O A A A O B B B O A B O O概念概念：基因的不同组合形式称为：基因的不同组合形式称为基因型基因型 *是生物体可见性状的实际基因组成是生物体可见性状的实际基因组成 广广 义义-一个个体的遗传结构或组成一个个体的遗传结构或组成 狭狭 义义-一个特定基因座上等位基因的组合一个特定基因

6、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在人类等二倍体生物中染色体是成对存在类型类型：每个基因座上的等位基因成对存在：每个基因座上的等位基因成对存在 纯合子纯合子-成对的等位基因相同的合子成对的等位基因相同的合子 杂合子杂合子-成对的等位基因不同的合子成对的等位基因不同的合子 三、表型（三、表型（phenotype）概念：概念：是指生物体某特定基因所表现出的性状。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是基因型和环境因素相互作用的结果 形式：形式：生物体所表现的形态、生理和生物化学特征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

7、何生物学性质生物中能被描述或量度的任何生物学性质 特点：特点：有些性状是不遗传的、或是短暂的过度状态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有些性状能以不同的类型按一定比例在几代 维持不变维持不变 可检测的，由遗传决定的，并能够以一定的可检测的，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，称为分子生物学特征，称为单位遗传性状单位遗传性状。遗传标记遗传标记概念概念：单位遗传性状作为标识用以识别携带它的个：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

8、的体、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。遗传方式时，称为遗传标记。特征特征：可遗传性、可识别性：可遗传性、可识别性 遗传标记具有个体特异性遗传标记具有个体特异性 -个人识别个人识别的重要依据的重要依据 遗传标记按一定规律遗传遗传标记按一定规律遗传 -亲子鉴定亲子鉴定的理论基础的理论基础种类种类：形态学遗传标记：形态学遗传标记 细胞学遗传标记细胞学遗传标记 生物化学遗传标记生物化学遗传标记 免疫学遗传标记免疫学遗传标记 法医遗传标记分类法医遗传标记分类表达产物水平表达产物水平DNA分子水平分子水平 红细胞血型红细胞血型白细胞血型白细胞血型血小板型血小板型血清型血清型酶

9、型其他酶型其他DNADNA序列多态性序列多态性DNADNA长度多态性长度多态性 血型的概念血型的概念狭义狭义血液中细胞表血液中细胞表 面有遗传决定面有遗传决定 的抗原差异的抗原差异广义广义由遗传决定的由遗传决定的 人类血液的个人类血液的个 体差异体差异 第二节第二节 遗遗 传传 规规 律律基基 因因 组组-一个生物体的所有基因或遗传物质一个生物体的所有基因或遗传物质核内核内DNADNA常染色体常染色体 孟德尔定律孟德尔定律性染色体性染色体 (Y)(Y)男性伴性遗传男性伴性遗传核外核外DNADNA线粒体线粒体DNADNA 母系遗传母系遗传一、孟德尔定律一、孟德尔定律分分 离离 律律：在配子形成时

10、，成对的等位基因彼此分离，并：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每个配子中只含有亲代一对基因中的一个 法医学法医学意义意义：亲子鉴定亲子鉴定的理论基础的理论基础 （1）在肯定孩子的某个等位基因是来自生父，而被控父）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，亲并不携带有这个基因的情况下，可以排除可以排除他是孩子他是孩子 的生父。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）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，带有这些基因的情况下

11、，不能排除不能排除他是孩子的生父他是孩子的生父 自由组合律自由组合律：在配子形成时，不同基因座上的非等位基因彼：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子代基因型中各含有父方和母方的一个基因因 先决条件先决条件：各基因座间没有遗传连锁关系：各基因座间没有遗传连锁关系法医学法医学意义：意义：检验结果检验结果统计分析统计分析的理论基础的理论基础 个人识别个人识别-累计鉴别几率的计算累计鉴别几率的计算 亲子鉴定亲子鉴定-累计父权排除概率累计父权排除概率 要求要求：选择符合自由组合律

12、的遗传标记选择符合自由组合律的遗传标记 位于不同染色体上位于不同染色体上 在同一染色体上相距较远的位置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、非孟德尔遗传规律二、非孟德尔遗传规律1.1.母母 系系 遗遗 传传(线粒体线粒体DNA)DNA)(1)(1)遗传物质位于细胞其中，不受核移植的影响遗传物质位于细胞其中，不受核移植的影响 (2)(2)无有丝分裂和减数分裂的周期变化无有丝分裂和减数分裂的周期变化 (3)(3)子代只表达母方的特征子代只表达母方的特征 应用应用：母系进化研究，缺乏父亲的亲子鉴定，其他母系进化研究，缺乏父亲的亲子鉴定，其他

13、2.2.男性伴性遗传男性伴性遗传(Y(Y染色体染色体DNA)DNA)（1 1）Y Y染色体非重组部分的染色体非重组部分的DNADNA序列序列 （2 2）连锁遗传（以单倍体形式遗传）连锁遗传（以单倍体形式遗传）（3 3）只遗传给男性子代）只遗传给男性子代 应用应用：父系进化研究，缺乏母亲的亲子鉴定，性犯罪父系进化研究，缺乏母亲的亲子鉴定，性犯罪 第三节第三节 群群 体体 遗遗 传传群体遗传学研究的基本单位群体遗传学研究的基本单位-孟德尔群体孟德尔群体 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。并保持稳定的许多个体

14、的集群。群体遗传学研究的主要内容群体遗传学研究的主要内容-遗传结构遗传结构 是指孟德尔群体中是指孟德尔群体中基因基因及及基因型基因型的种类和频率的种类和频率 *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移居、婚配方式等各种因素的影响 群体遗传学群体遗传学 研究群体的研究群体的遗传组成结构遗传组成结构及其及其演变规律演变规律一门科学一门科学 研究群体中基因的分布及逐代传递中维持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和改变基因频率和基因型频率的因素 一、遗传多态性一、遗传多态性基本概念

15、基本概念：是指一个群体中，同时存在两种或两种：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种类型的比例不是由重复突变来维持的 （基因频率基因频率0.010.01）形成机制形成机制：基因突变：基因突变 群体群体的遗传的遗传多态性多态性 个体个体的遗传的遗传独特性独特性主要类型主要类型：表：表 型型 多态性多态性 染色体多态性染色体多态性 抗抗 原原 多态性多态性 蛋白质多态性蛋白质多态性 酶酶 多多 态态 性性 DNA DNA 多多 态态 性性 主要参数：主要参数：基因频率基因频率、基因型频率基因型频

16、率及及表型频率表型频率 表表 型频率型频率 就某一性状而言，某一表型在群体中所占的百分比就某一性状而言，某一表型在群体中所占的百分比 计算计算 由群体的调查由群体的调查基因型频率基因型频率 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 总数的百分比总数的百分比 计算计算 由表型频率和基因频率计算由表型频率和基因频率计算基基 因频率因频率 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 因总数的百分比因总数的百分比 计算计算 基基 因因 型明确型明确-计数法计数法 存在隐性基因存在隐性基

17、因-方根法方根法、最大似然量估计、最大似然量估计 某群体某群体MNMN血型调查结果：血型调查结果：M M型型2020人，人，MNMN型型 50 50人，人，N N型型3030人人 表型频率表型频率 =表型数目表型数目 /调查人总数调查人总数 基因频率基因频率 =2 2纯合子数纯合子数+含该等位基因的杂合子数含该等位基因的杂合子数 2 2总观察个体数总观察个体数 二、二、Hardy-WeinbergHardy-Weinberg平衡定律平衡定律 Hardy Hardy英国数学家，英国数学家，WeinbergWeinberg德国医生分别提出的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

18、响作用阐述了繁殖对群体的基因和基因型频率的影响作用 定律内容定律内容：在一个：在一个无限大的随机婚配群体无限大的随机婚配群体中、在中、在无大规模无大规模 迁移迁移、无突变无突变 和和 无选择无选择的情况下，群体中的的情况下，群体中的 基因频率基因频率和和基因型频率基因型频率在逐代传递中在逐代传递中保持不变保持不变数学表达数学表达：(p+q)(p+q)2 2=p=p2 2+2pq+q+2pq+q2 2 纯合子纯合子基因型频率基因型频率=该基因频率平方该基因频率平方 杂合子杂合子基因型频率基因型频率=两基因频率乘积的二倍两基因频率乘积的二倍 应用意义应用意义：（：（1 1）估计基因频率）估计基因频

19、率 （2)2)估计群体调查资料的可靠性估计群体调查资料的可靠性估计基因频率估计基因频率分析分析：基基 因因 A ,a p+q=1 基因型基因型 AA Aa aa p2+2pq+q2=1 表表 型型 A型型 a型型 计算计算：a等位基因的频率（等位基因的频率（q）=q2 A等位基因的频率（等位基因的频率（p）=1-q实例实例：某群体调查结果：某群体调查结果：A型型75人，人，a型型25人人 aa基基 因因 型型 频率频率=25 /100=0.25 a等位基因频率等位基因频率（q）=0.25=0.5 A等位基因频率（等位基因频率（p）=1-0.5=0.5 估计群体调查资料的可靠性估计群体调查资料的

20、可靠性群体群体1 表型表型 观测值观测值 4 8 4 合计合计 16 p=0.5 q=0.5 群体群体2 表型表型 观测值观测值 4 12 4 合计合计 20 p=0.5 q=0.5理论值理论值 差值差值 4（0.5216）0 8（20.5216）0 4（0.5216）0 16 0理论值理论值 差值差值 5（0.5220）1 10（20.5220）2 5（0.5220）1 20 4卡方分析卡方分析计算计算2：2 =（观察值（观察值 期望值）期望值）2 期望值期望值 纯合子纯合子基因型期望值基因型期望值=基因频率基因频率2 2样本数样本数 杂合子杂合子基因型期望值基因型期望值=2=2基因频率乘积

21、基因频率乘积样本数样本数求求 p 值值：自由度（自由度（df)=观察基因型观察基因型 等位基因数等位基因数 p0.05 无显著性差异无显著性差异 说明所调查的群体达到了遗传平衡说明所调查的群体达到了遗传平衡-调查数据可信调查数据可信 p0.05 p0.05群体群体2 2 表型表型 观测值观测值 期望值期望值 (A-T)(A-T)2 2 p=0.5 q=0.5p=0.5 q=0.5 4 4 5 5 1 1 12 12 1010 4 4 dfdf=3-2=1=3-2=1 4 4 5 5 1 1 p p0.05 0.05=3.84=3.84 合计合计 20 20 2020 6 6 2 2 =1/1/

22、5 5+4/+4/1010+1/+1/5 5=0.2+0.4+0.2=0.8=0.2+0.4+0.2=0.8 2 =2 =（观察值（观察值 期望值）期望值）2 2 /期望值期望值 注意注意：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-Pi2 k 等位基因数 n k n 等位基因总数 n-1 i=1 Pi 第

23、i个基因频率2.个人识别率（个人识别率（probability of discrimination power,DP)-评价遗传标记识别无关个体效能大小的指标评价遗传标记识别无关个体效能大小的指标概念概念：群体中随机抽取两个体，其遗传标记表型不相同概率：群体中随机抽取两个体，其遗传标记表型不相同概率 n n-某遗传标记的某遗传标记的表型数目表型数目公式公式：DP=1 Pm=1 Pi2 i=1 Pi-该群体第该群体第i个个表型频率表型频率 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。座上二者表型纯粹由于机会而一致

24、的概率。累计累计：评价多个遗传标记系统识别无关个体综合能力：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-Pm1Pm2Pm3.Pmk =1-Pj j=1 强调：适用乘积公式的强调：适用乘积公式的前提条件前提条件是遗传标记是遗传标记独立遗传独立遗传3.非父排除率（非父排除率（excluding probability of paternity)-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（probability of exclusion,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

25、：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(1pq)复等位基因 PE=pi(1-pi)2-1/2pi2pj2(4-3pi-3pj)累计累计：CPE=1-(1-PE1)(1-PE2).(1-PEk)=1-(1-PEk)基因座独立性分析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22统计表进行2检验 A(+)A(-)合计 B(+)10（8.28）6（7.72）16 B(-)5（6.73）8（6.28）13 合计 15（15.0）14（14.0）29 A（+）期望值=16/2915=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