1、法医物证学法医物证学 第二章第二章 法医物证分析的法医物证分析的 遗传学基础遗传学基础 伍新尧教授伍新尧教授LOGO 法医物证学的任务和基本思路法医物证学的任务和基本思路 任务：任务：1.1.检测检测标本（法医物证检材）的标本（法医物证检材）的个人特征个人特征，与嫌疑人，与嫌疑人的进行的进行两两比对两两比对，弄清弄清是否同一个人是否同一个人的？的？2.2.检测检测受检查个体各自的受检查个体各自的个人特征个人特征，判断他们判断他们之间的之间的有无亲缘关系有无亲缘关系？个人特征个人特征-遗传标记遗传标记 思路：思路：1.需要确定检查什么需要确定检查什么?是是人的人的？个体特征个体特征?2.如何检查
2、项目技术）如何检查（项目技术）?如何作出结论？根据是如何作出结论？根据是什么什么?LOGOLOGO第一节第一节 遗传标记遗传标记 Genetic 个体的特征，由父母遗传决定的个体的特征，由父母遗传决定的可以看见或检测到可以看见或检测到;在比较遗传标记时，要按照其在染色体的特定在比较遗传标记时，要按照其在染色体的特定位置（基因座）或线粒体位置（基因座）或线粒体DNA序列的特定位置进行。序列的特定位置进行。第一节第一节 Genetic markers遗传标记的概念与特点遗传标记的概念与特点RBC：ABO、MNSs、Rh、Lewis等等HLA：I类类A、B、C；II类类DR、DP、DQ等；等；II
3、I类类酶型：酶型：PGM1，EsD，EAP，GLOI，ADA等等血清蛋白型：血清蛋白型：Hp，Gc，Gm，Km等等其它（血小板型、唾液蛋白型、精液和其它（血小板型、唾液蛋白型、精液和阴道液蛋白和酶）阴道液蛋白和酶）1.1.广义的血型物质广义的血型物质广义的血型物质广义的血型物质遗传标记的分类遗传标记的分类一一.基因表达产物基因表达产物2.2.外观特征（身高、肤色等）外观特征（身高、肤色等）二二.基因基因/DNA-/DNA-多态性多态性基本概念基本概念基因基因（gene）：指基因组中特定的指基因组中特定的一段一段DNADNA序列序列，可以编码，可以编码表达表达出具特定生物学功出具特定生物学功能的
4、能的产物产物（蛋白质），（蛋白质），并且可以一代一代传下去并且可以一代一代传下去。遗传表型是基因。遗传表型是基因功能的产物。功能的产物。基因座基因座(locus)：染色体染色体DNA线性结构中，特定的一段线性结构中，特定的一段DNA序列，是基因所在的位序列，是基因所在的位置。个体之间可以进行比较。现在拓展为不限定有功能产物的一段置。个体之间可以进行比较。现在拓展为不限定有功能产物的一段DNA序列。序列。等位基因等位基因（allele）：一个群体的某个基因座上，可以有一个群体的某个基因座上，可以有2个或更多个基因（单一个体只个或更多个基因（单一个体只有有2个基因），这些基因之间的一级结构（序列）
5、有差异。若有个基因），这些基因之间的一级结构（序列）有差异。若有3个个或更多等位基因，则又可称为或更多等位基因，则又可称为复等位基因复等位基因。是。是DNA多态性的基础之多态性的基础之一。一。LOGO基本概念基本概念v基因型基因型(genotype)：是指个体是指个体一个一个基因座上一对等位基因的组合。当一个基因座上的基因座上一对等位基因的组合。当一个基因座上的等位基因相同时，称为等位基因相同时，称为纯合子纯合子(homozygote)；不同时称；不同时称杂合杂合子子(heterozygote)。v表型（表型（phenotype)：是指生物体某特定基因所表达的性状；表型是由基因型决定的。是指生
6、物体某特定基因所表达的性状；表型是由基因型决定的。LOGO13 CODIS STR Loci with Chromosomal PositionsCSF1POD5S818D21S11TH01TPOXD13S317D7S820D16S539D18S51D8S1179D3S1358FGAVWAAMELAMELDNA遗传标记举例遗传标记举例（不存在表型）（不存在表型）LOGOD8S1179D21S11D7S820CSF1POD3S1358TH01D13S317D16S539D2S1338D19S433D18S51TPOXVWAAMELD5S818FGAGS500 LIZ size standard片
7、段大小片段大小荧光强度荧光强度遗传标记、等位基因的命名原则遗传标记、等位基因的命名原则D8S1179为例：为例：DDNA片段，片段，8第第8号染色体，号染色体，Ssingle copy,1179WHO，Genbank按照发现的先后的编号。按照发现的先后的编号。LOGO第二节第二节 遗传标记的遗传规律遗传标记的遗传规律v常染色体遗传规律常染色体遗传规律：Mendelian Laws v性染色体遗传规律性染色体遗传规律:Y-男性伴性遗传男性伴性遗传v线粒体线粒体DNA遗传规律：母系遗传遗传规律：母系遗传。LOGO孟德尔和他的豌豆实验孟德尔和他的豌豆实验Mendelian Laws（常染色体）（常染
8、色体）1.分离律（分离律（Laws of segregation）遗遗传传性性状状由由遗遗传传因因子子（hereditary determinant/factor，后称基因）决定；后称基因）决定；每一性状由一对遗传因子控制每一性状由一对遗传因子控制(分别来自一对染色体分别来自一对染色体)；每对遗传因子中，一个来自父亲，另一个来自母亲；每对遗传因子中，一个来自父亲，另一个来自母亲；生生殖殖母母细细胞胞分分裂裂成成熟熟为为时时成成熟熟的的生生殖殖细细胞胞时时，每每对对遗遗传传因因子子（即即等等位位基基因因）相相互互分分开开（即即分分离离）。每每一一个个成成熟熟生生殖殖细胞中只含一对遗传因子（等位基
9、因）中的一个；细胞中只含一对遗传因子（等位基因）中的一个；生殖细胞的结合，形成一个新的合子，是随机的。生殖细胞的结合，形成一个新的合子，是随机的。LOGO2自由组合律自由组合律（Law of independent assortment）生殖细胞的结合，形成一个新的合子，是随机的。生殖细胞的结合，形成一个新的合子，是随机的。控制不同性状的遗传因子（等位基因）是自由组合的。控制不同性状的遗传因子（等位基因）是自由组合的。LOGOY-chromosome的遗传特征的遗传特征特点特点男性通过男性通过Y染色体染色体 传递男性伴性遗传特征传递男性伴性遗传特征前提前提:基因或遗传标记要在基因或遗传标记要在
10、Y染色体上染色体上结果结果:同一父系的所有男性都具有同一父系的所有男性都具有Mitochondrial inheritance.Sperm mitochondria are shed before entry of the sperm nucleus.All mitochondrial in the zygote are contributed by the egg cell母系遗传母系遗传线粒体线粒体DNA 受受 精精 卵卵 的的 线线 粒粒 体体 DNA(mitochondrial DNA,mtDNA),是是卵卵细细胞胞中中的的。精精子子的的进进不不去去。子子代代中中线线粒粒体体DNA序序
11、列列和和母母亲亲的的一一致致，即即所所谓谓的母系遗传。的母系遗传。人人类类的的每每一一个个体体细细胞胞含含有有数数百百数数千千个个线线粒粒体体，每每个个线线粒粒体体内内有有210个个拷拷贝贝的的双双链链线线粒粒体体DNA，线粒体，线粒体DNA占到了细胞总占到了细胞总DNA的的1。LOGO母系遗传模式母系遗传模式Maternal genetic transmissionLOGO第三节第三节 群体遗传学群体遗传学 Population 内容：内容：基本概念基本概念1多态性和杂合性多态性和杂合性2基因频率、基因型频率基因频率、基因型频率 3Hardy-Weinbergs LOGOPopulation
12、 geneticsPopulation genetics 基基 本本 概概 念念群体遗传学群体遗传学(population genetics)孟德尔群体孟德尔群体(Mendelian population)（理想化群体）（理想化群体）在一定地域内繁衍的生物个体的集群，数量无限大在一定地域内繁衍的生物个体的集群，数量无限大;这些个体间可以随机婚配这些个体间可以随机婚配;没有突变、遗传漂变、自然选择、没有突变、遗传漂变、自然选择、人口迁徙；人口迁徙；能实现能实现基因频率和基因型频率世代传递并保持稳定基因频率和基因型频率世代传递并保持稳定。遗传漂变遗传漂变突变突变自然选择自然选择人口迁移人口迁移近亲
13、婚配近亲婚配符符合合孟孟德德尔尔群群体体的的条条件件是是，不不存存在在以以下下事事件件发发生生即理想化的即理想化的Company Logo 自然选择自然选择(selection)遗传漂变（遗传漂变（genetic drift）生生物物进进化化过过程程必必定定伴伴有有变变异异,有有利利的的变变异异，生生物物体体更更易易于于生生存存和繁殖。和繁殖。有害或不太有用的变异有害或不太有用的变异将被淘汰将被淘汰,这就是这就是自然选择。自然选择。例：例：苯丙酮尿症苯丙酮尿症 群体小时取样误差，产生的基因频率的随机波动，称作遗群体小时取样误差，产生的基因频率的随机波动，称作遗传漂变。传漂变。群体愈大，漂变就愈
14、小，甚至可以忽略不计；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。群体愈小，漂变的效应愈明显。LOGO苯丙酮尿症苯丙酮尿症(phenylketonuria)v遗传性疾病，遗传性疾病，缺乏苯丙氨酸羟化酶缺乏苯丙氨酸羟化酶 1 1）生后）生后4 4个月出现智力低下，毛发颜色转为黄褐色，皮肤白嫩易出个月出现智力低下，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，尿有现湿疹样皮疹，巩膜蓝色，尿有“霉臭霉臭”或或“鼠尿样鼠尿样”气味。气味。2 2）2 2岁内出现神经及精神症状，如肌张力高，躯体前后摆动，行走岁内出现神经及精神症状，如肌张力高，躯体前后摆动，行走时姿态蹒跚
15、部分患者表现胆小，约时姿态蹒跚。部分患者表现胆小，约25%25%患者反复发作惊厥。患者反复发作惊厥。3 3）智力在新生儿阶段不表现，以后逐渐落后。）智力在新生儿阶段不表现，以后逐渐落后。85%85%患者智力只在白患者智力只在白痴水平，极少数（痴水平，极少数（1%1%）能够达到正常水平。）能够达到正常水平。如果不治疗，如果不治疗，患者寿命患者寿命缩短，缩短，只有只有25%25%左右的患者能活到左右的患者能活到3030岁岁。苯丙酮尿症的发生率为万。苯丙酮尿症的发生率为万分之一。分之一。v病人病人1212号染色体上的苯丙氨酸羟化酶基因突变号染色体上的苯丙氨酸羟化酶基因突变。肝脏无法肝脏无法合成这种
16、酶，使蛋白质的苯丙氨酸不能氧化成酪氨酸（再变成儿茶合成这种酶，使蛋白质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损害发育中的婴儿神经系统，表现为进行性智力落后。损害发育中的婴儿神经系统，表现为进行性智力落后。苯丙酮尿苯丙酮尿症患者父母为近亲的比较多。症患者父母为近亲的比较多。LOGO基因库基因库(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，一个群体中所有个体的基因型的集合。若为二倍体生物，有有N N 个体的一个群体，它的每一个基因座都有个体的一个群体，它的
17、每一个基因座都有2N2N个个“基因基因”（等位基因）。（等位基因）。LOGO定义定义 基基因因频频率率(allele frequency,gene frequency）某某个个基基因因座座的的某某个个等等位位基基因因在在群群体体中中的的相相对对频频率率，称称为为该该等等位位基基因因的的基基因因频频率率，以以小数小数(少用百分比少用百分比)来表示。来表示。一一个个基基因因座座的的所所有有等等位位基基因因的频率和为的频率和为1。基基因因型型频频率率 （genotype frequency）不不同同基基因因型型在在群群体体中中的的相相对对频频率率，称称为为基基因因型频率。型频率。对对一一个个基基因因
18、座座来来说说，不不同基因型频率和为同基因型频率和为LOGO多态性和杂合性多态性和杂合性(polymorphism/(polymorphism/heterozygosityheterozygosity)1)1)polymorphism：（广义）广义）一种生物群体内，某一性状方面存在一种生物群体内，某一性状方面存在 有个体差异，就称这一性状具有多态性现象，有个体差异，就称这一性状具有多态性现象，或有或有多态性。多态性。（狭义）（狭义）一个基因座一个基因座(locus)(locus)上有上有2 2个或个或2 2个以上的个以上的等位基因，其中低频等位基因的频率要等于或大于等位基因，其中低频等位基因的频
19、率要等于或大于0.01,0.01,此基因此基因座才称为具有座才称为具有多态性多态性。2)2)heterozygosity：对某一基因座来说，杂合子个体数在该群体中的比例。对某一基因座来说，杂合子个体数在该群体中的比例。Hardy-Weinbergs equilibrium 1.概念概念：一个随机婚配的一个随机婚配的“理想群体理想群体”（孟德尔群体孟德尔群体），其基因频率和基因型频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。即达到了率在世代传递过程中，（代代）保持不变。即达到了Hardy-Hardy-WeinbergWeinbergs equilibriums equilibriu
20、m。另一种说法另一种说法：在一个足够大的随机交配群体里，在没有迁移、突变、遗在一个足够大的随机交配群体里，在没有迁移、突变、遗传漂变和自然选择时，基因频率和基因型频率保持世代相传漂变和自然选择时，基因频率和基因型频率保持世代相传不变。基因型频率是由基因频率决定的。传不变。基因型频率是由基因频率决定的。Contents群体足够大群体足够大1随机婚配随机婚配2没有突变、遗传漂变、迁移、近亲婚配等影响。没有突变、遗传漂变、迁移、近亲婚配等影响。32.满足满足Hardy-Weinbergs equilibrium的前提的前提：LOGO第三节 群体遗传学 3.基因座的等位基因基因座的等位基因(A，a)频
21、率频率(p,q)和基因型频率的和基因型频率的计算方法计算方法。(p+q)=p2+2pq+q2=1 其中其中 p2 、2pq 和和 q2 是该基因座各种基因型的频率是该基因座各种基因型的频率 4.Hardy-Weinbergs equilibrium检验检验 吻合度检验吻合度检验考察群体实际测量值与期望值之间的差异是否具有显著性意义：X2，自由度，自由度，p值值 5）达到）达到Hardy-Weinbergs equilibrium的的意义意义这是收集人群遗传资料进而建立遗传资料库的基础；符合H-W氏平衡的群体资料氏平衡的群体资料,可用于该群体中的案件的法医学可用于该群体中的案件的法医学概率的计算
22、概率的计算;或或 认为该群体资料具有代表性（对该群体）。认为该群体资料具有代表性（对该群体）。LOGOPowerPlex 16 LaddersD3S1358D16S539D21S11D18S51Penta DD13S317CSF1POD7S820Penta ETH01D5S818VWAD8S1179TPOXAMELFGA99252220109 LOGOLOGO第四节第四节 常用的遗传标记的常用的遗传标记的 法医学应用参数法医学应用参数一.一.杂合度（杂合度（heterozygosityheterozygosity）对于一个基因座来说，杂合子个体在个群对于一个基因座来说，杂合子个体在个群体中的比
23、例。体中的比例。群体中群体中杂合子个数杂合子个数 杂合度杂合度 H 群体的样总数群体的样总数 杂合度杂合度高高，表示该基因座的，表示该基因座的多态性高多态性高，其中所有，其中所有的等位基因频率的等位基因频率分布较为平衡分布较为平衡，杂合子（基因型），杂合子（基因型）数目多，数目多，用作个体识别时的价值高用作个体识别时的价值高。LOGO第四节 遗传标记的法医学应用参数二二.个体识别力个体识别力 (discriminating power(discriminating power，DP)DP)在某个群体中随机抽取两个体，检测一个基因座的遗传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
24、具有不同基因型的概率。标记，两者具有不同基因型的概率。用用DPDP值表示。值表示。DPDP值越高，这个基因座的多态性高，作为值越高，这个基因座的多态性高，作为个体识别的工具的效率越高。个体识别的工具的效率越高。LOGO片段大小片段大小LOGOPowerPlex 16 LaddersD3S1358D16S539D21S11D18S51Penta DD13S317CSF1POD7S820Penta ETH01D5S818VWAD8S1179TPOXAMELFGA99252220109 LOGO个体识别力个体识别力(DP)的计算：的计算：n单基因座 Dp=1Pm1 Pi2 i=1 Pm=该基因座的该
25、基因座的偶合率偶合率，Pi=第第i个个基因型基因型频率，频率，n=基因型基因型总数总数 m 多基因座 累积 DP=1 Pj j=1 Pj=第第j个个多态性基因座多态性基因座的的耦合率耦合率 m=该次检测的该次检测的总基因座数总基因座数 =乘积乘积LOGO第四节 遗传标记的法医学应用参数三三.非父排除率非父排除率(probability of excluding non-paternity)（probability of exclusion）经经过过基基因因(单单基基因因座座或或是是多多基基因因座座)检检测测后后，能能将将不不是是亲亲生生父父亲亲却却受受到到指指控控的的随随机机男男人人区区分分出
26、出来来的的机机会会。计计算算100100个个假假父父亲亲中中被被排排除除出出来来的的个体数（个体数（用用%或小数表示或小数表示）。）。若若某某基基因因座座或或某某检检测测项项目目的的非非父父排排除除率率越越高高，说说明明该该基基因因座座或或该该检检测项目的测项目的多态性越高多态性越高。对对于于某某个个基基因因座座来来说说，其其含含有有的的基基因因型型越越多多（意意味味着着该该基基因因座座含含有有的的等等位位基基因因多多）且且在在人人群群中中分分布布相相对对平平衡衡时时，检检测测该该基基因因座座后后，不不同人都具有相同基因型的可能性就小，其非父排除率就高。同人都具有相同基因型的可能性就小，其非父
27、排除率就高。LOGO Exclusion efficiency for non-father非父排除率的计算非父排除率的计算 单个多态基因座的非父排除率的非父排除率 n n-1 n PE=Pi(1-Pi)2(1-Pi+Pi2）+PiPj(Pi+Pj)(1-Pi-Pj)2 i=1 i=1 j=i+1 Pi代表该基因座代表该基因座 i 等位基因的频率等位基因的频率(i=1n)(孩子带有孩子带有 i 基因，母亲不带该基因，父亲也不带此基因的概率和基因，母亲不带该基因，父亲也不带此基因的概率和)累积多个多态性基因座的非父排除率的非父排除率 Pc=1-(1-p p1 1)(1)(1-p2)(1-p3）.(1-Pn)Pn=各单个基因座的非父排除率各单个基因座的非父排除率LOGO结束结束LOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGO一一.遗传标记的定义：遗传标记的定义：对生物个体进行比较时对生物个体进行比较时,需要用一些个需要用一些个体特征作为标志体特征作为标志(marker)。其中，。其中，由由遗传控制的个体特征，称为遗传标遗传控制的个体特征，称为遗传标记记（genetic marker）。
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