1984年10月星期一,上午9:05分,英国
莱斯特大学年轻的生物学家
亚历克·杰弗里斯(Alec Jeffreys)在做实验时出现了灵光一现的时刻。他发现了每个人的DNA是不同的。尽管人与人之间的DNA的空间
结构差异不大,但在
DNA序列的某些区域,存在一些会重复的序列,而每个人重复的次数是不同的。杰弗里斯把这些区域称为“迷你卫星体”。他意识到,通过检测“迷你卫星体”是可以确定一个人的身份的。Jefferys及其合作者首次将分离的人源
小卫星DNA用作
基因探针,意思是它同人的指纹一样是每个人所特有的。
半年后,可能第一次变为现实,DNA
指纹技术首次应用在一桩移民案中
法医鉴定。1985年,一个
加纳移民家庭中最小的儿子返回加纳探亲,当他回到英国后,海关发现他的护照被涂改了,因此认定这个孩子是“冒牌货”。警方邀请杰夫里斯对这个孩子进行DNA指纹鉴别。结果证实,从遗传特征看,这个孩子是这家儿子的可能性是99.997%。这一结果促成了一家人的团聚。
1986年,DNA指纹技术第一次应用在刑事案件中,帮助警方找到了奸杀两名少女的凶手,避免无辜者蒙受不白之冤。这个标志性的历史事件随后被ITV在 2015年改编为迷你犯罪剧集 Code of a Killer。该片讲述的正是在
莱斯特郡发生的两起谋杀案的破案故事,值得一提的是破案之手法是使用了DNA测试,是英国史上第一例使用DNA破案的案例。
进入二十世纪90年代初,杰夫里斯和他的小组被请到巴西,帮助辨认
纳粹战犯
约瑟夫·门格勒的尸体。
杰弗里斯意外发现“
基因指纹”只是一个开端。两年之后,就有科学家提出了人类
全基因组测序的设想。到21世纪初,
人类基因组中超过90%的部分已经得到测定。在此期间,科学家也越来越多地认识到了特定基因的功能,包括某些基因与疾病之间的关系。看起来,基因指纹和
基因测序已经成为了医学研究和现实应用中的强大工具。
1.高度的特异性:研究表明,两个随机个体具有相同DNA图形的概率仅3×10^-11;如果同时用两种探针进行比较,两个个体完全相同的概率小于5×10^-19。全世界人口约50亿,即5×10^-9。因此,除非是
同卵双生子女,否则几乎不可能有两个人的DNA指纹的图形完全相同。
2.稳定的
遗传性:DNA是人的
遗传物质,其特征是由父母遗传的。分析发现,DNA
指纹图谱中几乎每一条带纹都能在其双亲之一的图谱中找到,这种带纹符合经典的
孟德尔遗传规律,即双方的特征平均传递50%给子代。
3.
体细胞稳定性:即同一个人的不同组织如血液、肌肉、毛发、精液等产生的DNA指纹图形完全一致。
琼脂糖凝胶电泳是分离,鉴定和纯化DNA片段的常规方法。利用低浓度的荧光嵌入
染料-
溴化乙锭进行染色,可确定DNA在凝胶中的位置。如有必要,还可以从凝胶中 回收DNA条带,用于各种克隆操作。
琼脂糖凝胶的
分辨能力要比
聚丙烯酰胺凝胶低,但其分离范围较广。用各种浓度的琼脂糖凝胶可以分离长度为200bp至近50kbp的DNA。长度100kb或更大的DNA,可以通过
电场方向呈
周期性变化的
脉冲电场凝胶电泳进行分离。
在
基因工程的常规操作中,
琼脂糖凝胶电泳应用最为广泛。它通常采用水平
电泳装置,在强度和方向恒定的电场下进行电泳。
DNA分子在凝胶
缓冲液(一般为碱性)中带
负电荷,在电场中由负极向正极迁移。DNA分子迁移的速率受
分子大小,
构象。
电场强度和方向,
碱基组成,温度和嵌入染料等因素的影响。
DNA
指纹技术具有许多传统法医检查方法不具备的优点,如它从四年前的
精斑、血迹样品中,仍能提取出DNA来作分析;如果用
线粒体DNA检查,时间还将延长。此外千年
古尸的鉴定,在
俄国革命时期被处决沙皇尼古拉的遗骸,以及最近在前南地区的一次意外事故中机毁人亡的已故
美国商务部长布朗及其随行人员的遗骸鉴定,都采用了DNA指纹技术。
此外,它在人类医学中被用于个体鉴别、确定
亲缘关系、医学诊断及寻找与疾病连锁的
遗传标记;在
动物进化学中可用于探明
动物种群的起源及进化过程;在物种分类中,可用于区分不同物种,也有区分同一物种不同品系的潜力。在作物的
基因定位及育种上也有非常广泛的应用。
DNA指纹技术能够从
DNA分子水平给每个
玉米品种一个“
身份证号码”,以其准确可靠、简单快速、易于自动化的优点越来越多的应用于
品种管理。
玉米DNA指纹,是从DNA分子水平给予每个玉米品种一个能够准确表明其身份的代码,就像每个人都有一张
身份证,DNA指纹就是玉米的“分子身份证”。
玉米的‘分子身份证’则是采用DNA指纹技术,深入基因水平,用每个品种的特殊
基因片段进行标记。
在玉米研究中心的实验室中,研究人员从各种
玉米种子中取样,提取DNA,对关键的基因片段进行扩增后,将其放进先进的
DNA分析仪中进行检测,信息自动发送到玉米DNA指纹库中进行对比,如果这种品种是库内已存品种,就会被系统自动报出。这就好比把玉米品种的关键性
基因标记编成
二维码,一‘扫’就能验明正身。