DNA指紋

DNA指紋指具有完全個體特異的DNA多態性，其個體識別能力足以與手指指紋相媲美，因而得名。可用來進行個人識別及親子鑑定，同人體核DNA的酶切片段雜交，獲得了由多個位點上的等位基因組成的長度不等的雜交帶圖紋，這種圖紋極少有兩個人完全相同，故稱為"DNA指紋"。

基本介紹

• 中文名：DNA指紋
• 外文名：DNA fingerprint

技術原理

DNA指紋的圖像在X光膠片中呈一系列條紋，很像商品上的條形碼。各種分析方法均以DNA的多態性為基礎，產生具有高度個體特異性的DNA指紋圖譜，由於DNA指紋圖譜具有高度的變異性和穩定的遺傳性，且仍按簡單的孟德爾方式遺傳，成為目前最具吸引力的遺傳標記。

DNA指紋圖譜，開創了檢測DNA多態性（生物的不同個體或不同種群在DNA結構上存在著差異）的多種多樣的手段，如RFLP（限制性內切酶酶切片段長度多態性）分析、串聯重複序列分析、RAPD（隨機擴增多態性DNA）分析等等。

發現歷史

1984年10月星期一，上午9:05分，英國萊斯特大學年輕的生物學家亞歷克·傑弗里斯（Alec Jeffreys）在做實驗時出現了靈光一現的時刻。他發現了每個人的DNA是不同的。儘管人與人之間的DNA的差異不大，但在DNA序列的某些區域，存在一些會重複的序列，而每個人重複的次數是不同的。傑弗里斯把這些區域稱為“迷你衛星體”。他意識到，通過檢測“迷你衛星體”是可以確定一個人的身份的。Jefferys及其合作者首次將分離的人源小衛星DNA用作基因探針，意思是它同人的指紋一樣是每個人所特有的。

半年後，可能第一次變為現實，DNA指紋技術首次套用在一樁移民案中法醫鑑定。1985年，一個加納移民家庭中最小的兒子返回加納探親，當他回到英國後，海關發現他的護照被塗改了，因此認定這個孩子是“冒牌貨”。警方邀請傑夫里斯對這個孩子進行DNA指紋鑑別。結果證實，從遺傳特徵看，這個孩子是這家兒子的可能性是99．997%。這一結果促成了一家人的團聚。

1986年，DNA指紋技術第一次套用在刑事案件中，幫助警方找到了姦殺兩名少女的兇手，避免無辜者蒙受不白之冤。這個標誌性的歷史事件隨後被ITV在 2015年改編為迷你犯罪劇集 Code of a Killer。該片講述的正是在萊斯特郡發生的兩起謀殺案的破案故事，值得一提的是破案之手法是使用了DNA測試，是英國史上第一例使用DNA破案的案例。

1989年該技術獲美國國會批准作為正式法庭物證手段。

進入二十世紀90年代初，傑夫里斯和他的小組被請到巴西，幫助辨認納粹戰犯約瑟夫·門格勒的屍體。

傑弗里斯意外發現“基因指紋”只是一個開端。兩年之後，就有科學家提出了人類全基因組測序的構想。到21世紀初，人類基因組中超過90%的部分已經得到測定。在此期間，科學家也越來越多地認識到了特定基因的功能，包括某些基因與疾病之間的關係。看起來，基因指紋和基因測序已經成為了醫學研究和現實套用中的強大工具。

主要特點

1．高度的特異性：研究表明，兩個隨機個體具有相同DNA圖形的機率僅3×10^-11；如果同時用兩種探針進行比較，兩個個體完全相同的機率小於5×10^-19。全世界人口約50億，即5×10^9。因此，除非是同卵雙生子女，否則幾乎不可能有兩個人的DNA指紋的圖形完全相同。

2．穩定的遺傳性：DNA是人的遺傳物質，其特徵是由父母遺傳的。分析發現，DNA指紋圖譜中幾乎每一條帶紋都能在其雙親之一的圖譜中找到，這種帶紋符合經典的孟德爾遺傳規律，即雙方的特徵平均傳遞50%給子代。

3．體細胞穩定性：即同一個人的不同組織如血液、肌肉、毛髮、精液等產生的DNA指紋圖形完全一致。

操作方法

從生物樣品中提取DNA（DNA一般都有部分的降解），可運用PCR技術擴增出高可變位點（如VNTR系統，串聯重複的小衛星DNA等）或者完整的基因組DNA，然後將擴增出的DNA酶切成DNA片斷，經瓊脂糖凝膠電泳，按分子量大小分離後，轉移至尼龍濾膜上，然後將已標記的小衛星DNA探針與膜上具有互補鹼基序列的DNA片段雜交，用放射自顯影便可獲得DNA指紋圖譜。

瓊脂糖凝膠電泳是分離，鑑定和純化DNA片段的常規方法。利用低濃度的螢光嵌入染料-溴化乙錠進行染色，可確定DNA在凝膠中的位置。如有必要，還可以從凝膠中 回收DNA條帶，用於各種克隆操作。瓊脂糖凝膠的分辨能力要比聚丙烯醯胺凝膠低，但其分離範圍較廣。用各種濃度的瓊脂糖凝膠可以分離長度為200bp至近50kbp的DNA。長度100kb或更大的DNA，可以通過電場方向呈周期性變化的脈衝電場凝膠電泳進行分離。

在基因工程的常規操作中，瓊脂糖凝膠電泳套用最為廣泛。它通常採用水平電泳裝置，在強度和方向恆定的電場下進行電泳。DNA分子在凝膠緩衝液（一般為鹼性）中帶負電荷，在電場中由負極向正極遷移。DNA分子遷移的速率受分子大小，構象。電場強度和方向，鹼基組成，溫度和嵌入染料等因素的影響。

套用領域

法醫學

DNA指紋技術具有許多傳統法醫檢查方法不具備的優點，如它從四年前的精斑、血跡樣品中，仍能提取出DNA來作分析；如果用線粒體DNA檢查，時間還將延長。此外千年古屍的鑑定，在俄國革命時期被處決沙皇尼古拉的遺骸，以及最近在前南地區的一次意外事故中機毀人亡的已故美國商務部長布朗及其隨行人員的遺骸鑑定，都採用了DNA指紋技術。

此外，它在人類醫學中被用於個體鑑別、確定親緣關係、醫學診斷及尋找與疾病連鎖的遺傳標記；在動物進化學中可用於探明動物種群的起源及進化過程；在物種分類中，可用於區分不同物種，也有區分同一物種不同品系的潛力。在作物的基因定位及育種上也有非常廣泛的套用。

生物學

DNA指紋技術能夠從DNA分子水平給每個玉米品種一個“身份證號碼”，以其準確可靠、簡單快速、易於自動化的優點越來越多的套用於品種管理。

玉米DNA指紋，是從DNA分子水平給予每個玉米品種一個能夠準確表明其身份的代碼，就像每個人都有一張身份證，DNA指紋就是玉米的“分子身份證”。

玉米的‘分子身份證’則是採用DNA指紋技術，深入基因水平，用每個品種的特殊基因片段進行標記。

在玉米研究中心的實驗室中，研究人員從各種玉米種子中取樣，提取DNA，對關鍵的基因片段進行擴增後，將其放進先進的DNA分析儀中進行檢測，信息自動傳送到玉米DNA指紋庫中進行對比，如果這種品種是庫內已存品種，就會被系統自動報出。這就好比把玉米品種的關鍵性基因標記編成二維碼，一‘掃’就能驗明正身。