DNA指纹是如何工作的?

世界各地的人们都期待新千年带来惊喜。但是，2000年席卷国际葡萄种植业的震惊和恐惧是最出乎意料的。人们已经发现，十六种最珍贵的酿酒葡萄品种是经典的皮诺葡萄和经典的被低估的高埃葡萄杂交的产物……

这让葡萄酒行业的软木塞一落百落，因为古埃葡萄被认为是劣等品种，中世纪的法国甚至有人试图禁止其种植。这证明卑微的出身仍然可以产生卓越的品质。更实际的是，虽然，他们的遗产的知识可以提高育种的高度理想的葡萄亚种。各地的葡萄种植者都要感谢DNA指纹技术。

DNA指纹是一个在大众媒体上流传多年的术语，主要是因为它具有谴责和拯救的能力，但它涉及什么?简而言之，它是一种确定遗传物质来自特定个体或群体的可能性的技术。99%的人类DNA在个体之间是相同的，但1%的差异使科学家能够区分身份。以葡萄为例，科学家们比较了不同品种之间的相似性，并能够拼凑出可能促成目前获奖品种的亲本亚种。

DNA字母表由四个组成部分——A、C、T和G，称为碱基对，它们以长链连接在一起，拼出基因单词或基因，告诉我们的细胞该做什么。这4个DNA字母的使用顺序决定了它们所拼写的单词或基因的含义(功能)。

但并不是所有的DNA都包含有用的信息;事实上，大量的DNA被称为“非编码”或“垃圾”DNA，它们不能被翻译成有用的蛋白质。垃圾DNA的这些区域经常会突然发生变化，因为它们对生物体的健康或生存没有任何贡献。但是，如果一个基本基因发生了变化，使其无法正常工作，那就比较一下情况;这种有机体将处于非常不利的地位，很可能无法生存，从而有效地从种群中移除这种改变的基因。

左- 6个不同人的DNA指纹，每列1个。 DNA可以被一种叫做“限制性内切酶”的酶切成更短的片段。然后，这些DNA片段可以根据它们在凝胶上的大小进行分离。 每个DNA片段形成一条条带(凝胶上的白线)。最小的碎片移动得最远，因此最靠近凝胶的底部。较大的碎片移动的距离更短，离顶部更近。

因此，在非编码(垃圾)DNA序列中，每200个DNA字母中就会出现一次随机变异。DNA指纹识别利用了这些变化，并创造了一个可见的差异模式来评估相似性。

DNA片段可以通过在这些不同点处切割或放大高度可变的片段来相互分离。DNA的“条带”被生成;条带的数量和它们的大小为DNA的来源提供了独特的轮廓。一个人或葡萄之间的基因相似性越高，条带模式就越相似，它们相同的可能性就越高。

在基因组的非编码区，DNA序列经常重复，从而产生所谓的VNTRs -可变数目串联重复序列。不同的人重复的次数不同，可以用来产生他们的基因指纹。在上面的简单例子中，A只有4次重复，而B有7次。当它们的DNA被Eco RI限制性内切酶切割时，这种酶在重复序列的两端切割DNA(在这个例子中)，B产生的DNA片段几乎是A产生的DNA片段的两倍大，如图所示，当DNA在凝胶上运行时(右)。标记为M的车道包含DNA标记片段，可以帮助我们确定大小。如果用这种方法分析大量的DNA片段，一个由不同大小的DNA片段组成的“指纹”就会出现，每个人都是独一无二的。

但为什么要这么麻烦呢?毕竟，我知道我的葡萄酒来自哪里——乐购，对吧?嗯，DNA指纹技术在现代世界有很多相关的应用，它们主要分为三大类:发现我们从哪里来，发现我们现在在做什么，预测我们要去哪里。

就我们的起源而言，DNA指纹通常用于探测我们的遗传。由于人们从父母那里继承了他们的碱基对排列，比较一个孩子和所谓的父母的带型可以产生亲缘关系的概率;如果这两种模式足够相似(考虑到只有一半的DNA来自父母双方)，那么它们很可能是一家人。然而，DNA指纹技术无法区分同卵双胞胎，因为他们的条带模式是相同的。在涉及同卵双胞胎的亲子鉴定诉讼中——是的，确实有这样的案例——如果兄弟双方都没有不在场证明，证明他不可能使母亲怀孕，法院就会强迫他们分担育儿费用。值得庆幸的是，还有其他一些不那么“杰里•斯普林格式”的应用程序，可以让我们了解自己的起源。当与更传统的社会学方法一起使用时，DNA指纹可以用来分析移民模式和种族主张。

DNA指纹也能告诉我们当今的情况。也许最著名的是在法医中使用DNA指纹。在犯罪现场收集的DNA样本可以与嫌疑人的DNA进行比较，以显示他或她是否在场。DNA指纹数据库只能从已知的罪犯那里获得，所以目前还不可能从犯罪现场提取DNA指纹，然后从公众中找出可能匹配的名字。但是，在未来，如果DNA指纹取代了更传统的、可伪造的身份识别方式，这可能会发生。在一个真实案例中，贸易标准代理人发现，25%的鱼子酱是用不同种类的鱼子填充的，这相当于欺骗消费者，不把比喻中的一品脱玻璃杯一直装满。DNA指纹鉴定证实，“嫌疑人”(劣质)鱼子酱出现在犯罪现场。

在左边的例子中，在犯罪现场收集的DNA与从4个可能的嫌疑人身上收集的DNA样本进行了比较。DNA被切割成更小的片段，用凝胶将它们分开。3号嫌疑人身上的碎片与犯罪现场留下的碎片相符，背叛了犯罪方。

最后，基因指纹可以帮助我们预测未来的健康状况。DNA指纹图谱常被用来追踪遗传疾病的遗传基础。如果一个特定的模式在不同的病人身上一次又一次地出现，科学家们就可以缩小范围，找出可能涉及的基因，或者至少是DNA的哪一段。由于了解与疾病易感性相关的基因可以为疾病的潜在生理学提供线索，基因指纹识别有助于开发治疗方法。在出生前，它还可以用于筛查父母和胎儿是否存在遗传性异常，如亨廷顿氏病或肌肉萎缩症，以便提供适当的建议，并根据需要采取预防措施。

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