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法医dna检测技术

【2016-10-12】

导读| 在人们的常识里有个误区:认为dna鉴定就是亲子鉴定,但其实亲子鉴定只是dna鉴定技术里非常小的一部分,随着科学的发展,dna鉴定应用非常广泛!

如案件侦破,前段时间非常有名的四大悬案之一白银案就是运用dna鉴定技术锁定了犯罪嫌疑人;

如查找走失人员,全国公安系统正在建设走失儿童基因库,方便寻找走失儿童,打击拐卖儿童犯罪;

如遇难人群身份验证,5·12汶川地震后,为了让众多无名的罹难者尸体“回家”,dna鉴定技术发挥了非凡的作用;

甚至考古也需要用到dna鉴定,如前段时间争议较大的曹操家族dna的鉴定;

此外,dna鉴定技术还应用在中药材鉴定、物种鉴定、器官移植等等各个方面!

阅微基因致力于dna建库试剂盒、亲缘鉴定试剂盒、案件dna检测试剂盒等产品的研发与生产,助力dna鉴定技术的发展!


法医dna检测按照dna来源可以分为常染色体dna检测和性染色体dna检测;按照分子标记的不同可以分为str检测和snp检测;本文简述法医dna检测技术发展历程,介绍当前主要应用的几种技术及其优缺点。

法医dna检验技术是过绘制人类dna图谱,进行图谱间比对来实现同一性认定。其主要依据是人类dna的多态性,包括序列长度多态性和碱基序列多态性两种。根据dna不同可分为常染色体dna检测、性染色体。

该技术是由一系列技术组合形成的技术包,如dna提取技术、限制性酶切技术、pcr扩增技术、荧光标记技术、dna杂交技术、凝胶电泳技术、测序技术等。随着这些技术的发生发展,法医dna检测技术经历了从基于杂交的dna指纹图谱技术到基于pcr扩增的aflp、str检测技术和基于测序的线粒体dna(mtdna)检测技术等重大技术革新。

法医dna检测技术的进步离不开生物化学、物理学和遗传学的发展。目前已发展到以复合荧光标记多重str检测、mtdna检测技术和snp分析为主导的技术体系。str检测又分为常染色体str检测、y染色体str检测。这些技术已经成为公安机关侦查破案的利器,在刑侦办案、亲子关系确认、灾难受害者身份识别和证实罪犯等方面发挥着巨大的作用,已经成为法医物证检验的重要组成部分。

 

dna指纹技术

dna指纹是应用最早的一种法医dna技术,属于限制性片段长度多态性标记(rflps),利用特异的限制性内切酶将基因组dna切割成一系列dna片段,经电泳分离后,用特异探针显色得到dna条带。这种技术操作繁琐,周期长,并且需要利用放射性同位素或荧光探针或者银染显色,所以应用局限性较大,并没有大范围普及,目前已经被淘汰。

 

aflp(扩增片段长度多态性分析)

aflp分析是基于pcr扩增的法医dna检测技术,比dna指纹技术简单、多态性好。根据基因组中可变数目串联重复序列两端保守序列设计引物,扩增这种重复串联序列,有着较好的多态性。但由于有时扩增片段长度差异较大,pcr扩增效率和扩增稳定性不够好,逐渐被str(短串联重复序列标记)取代,可以说是str检测技术的较低版本。

 

str检测技术

随着短串联重复序列(str)的发现,str技术很快发展成为法医dna检测的重要技术。由于str片段长度相对较短,片段的退火温度较为相似,便于实现多位点多重扩增。str检测技术进一步完善发展,与荧光标记和现代化遗传分析仪相结合,实现法医dna检测的全自动化。str检测技术成为目前法医dna检测应用最为广泛的技术。并且当前的大型dna数据库都是采用str技术建立起来的,而且数据库规模还在迅速增长。全自动高通量的str检测平台和覆盖全面的str数据库相结合,使得str技术在刑侦办案中所向披靡,破获了大量的疑难案件。法医dna检测技术于相关仪器、检测试剂耗材的同步发展,将是法医学dna检测技术提供者的两大任务。其中y染色体str技术详见“法医y-dna检测技术科普”板块。

 

mtdna检测技术

mtdna(线粒体dna)检测是一种序列碱基多态性。该技术对存在于人类细胞的细胞质中的线粒体dna进行多态性检测。mt是一条闭合环状dna,在一个生物细胞中存在很多个拷贝,其结构中有高变区域。无母系亲缘关系的个体间多态性较好,且存在一些高变区域。利用高变区域的序列多态性,方便进行个体识别。由于人类mtdna不发生重组,受精卵形成时线粒体来自母亲提供的卵子,所以遵循母系遗传,适用于母子关系认定。

由于人体的每个细胞中都含有成千上万个拷贝的mtdna,相比核dna只有一个拷贝,mtdna在检测上灵敏性更高。其闭环结构,具有抵抗降解的能力。可以对古老材料、腐败材料、角化细胞如毛发和指甲等材料进行分析。由于这些材料中核dna大部分已经降解,mtdna检测别具优势。

mtdna属于一种碱基多态性标记,如果能借助于现代测序技术结合,可以更大的发挥效用。详见“mtdna检测技术”板块。

 

单核苷酸多态性性(snp)分析技术

snp是一种序列多态性,指dna序列中单个核苷酸变异。由于在同一个碱基位置发生两次突变的概率极低,所以snp标记通常有两种基因型(少数存在4种基因型),比较便于结果分析。snp标记分布非常广泛,数目众多,dna微少的生物检材料也可以实用。snp标记的检测既可以通过对目的dna扩增和测序。微阵列dna芯片、飞行质谱分析和变性高效液相层析法等非电泳分型技术。相关领域技术方法为法医dna检测分析奠定了坚实的基础。随着高通量检测仪器的发明,遗传标记数目和数据逐渐完善,数据库信息的深度挖掘和分析,法医dna检测技术不断地进步。

我过法医dna检测技术基本与国际同步,早在上世纪80年代,公安部物证鉴定中心就开始展开dna指纹技术的研究并应用于办案,然而由于技术繁琐、周期长,没有实现大范围的普及。八五期间,发展了dna扩增片段长度多态性标记和人类mtdna测序技术。

 

str技术局限性 突变率相对较高,snp则低很多

正在研究的可应用于法医学的遗传标记除snp以外,还有插入缺失标记、alu重复序列、dna甲基化表观遗传学标记等。

indel标记同snp标记一样也是一种二态性遗传标记,于snp有着近似的自然突变率,显著低于str。两个等位基因表现为少数碱基的片段长度多态性,可利用复合荧光多重pcr扩增和毛细管电泳分型技术进行检测,因而成为法医dna鉴定关注的热点。

alu重复序列是灵长类动物基因组中的短散在重复序列家族的一员,是一种比较活跃的遗传元件。由于包含限制性内切酶alu的没切位点,所以成为alu重复序列。存在于几乎所有基因的内含子中,居于普遍性、多样性和特异性。

 

dna甲基化

是一种重要的表观遗传标记,可能应用于对同卵双胞胎和连体婴身份识别,作为目前经典遗传标记的有效补充。目前正在研究具有潜在法医学应用价值的dna甲基化位点,有望依据甲基化的snp位点进行身份识别。

以上几种新检测方法,由于还却少系统性研究和成熟的应用体系,目前仅作为常规str检测技术的补充检验技术,用于弥补str检验中存在的不足。其中snp和indel标记更加适合dna芯片等高通量检验,伴随着二代和三代测序技术的迅速发展及相关标准和体系的建立,其检验时间有望大幅缩短,对应的检测设备将更易于便携,有望成为法医dna检测的下一代主流技术。


来源:仪器信息网

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