Y-STR方法成功应用抓捕到高承勇!它“神”在哪儿?

头条推送科普中国头条创作与推送项目头条创作与推送2016-09-05 16:19
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近日,悬而未决的甘肃白银系列强奸杀人案件宣布成功告破,真凶高承勇这个系列杀人狂终于在逍遥法外28年之久后被捕归案。帮助公安机关最后缉捕真凶的技术简称为Y-STR技术。据信该技术是我国在破解疑难悬案方面的首次成功应用。那么这个技术到底“神”在哪儿?

何为Y-STR技术?

Y-STR的中文意思为Y-染色体DNA连续重复片段,是英文Y-Chromosome Short Tandem Repeat的缩写。该技术就属性而言是一种人类个体遗传基因的检测和识别技术。要搞清楚它“神”在哪儿,首先要知道它具体是怎么一回事儿。这还得从什么是STR,即DNA连续重复片段说起。

STR(Short Tandem Repeat)就是大家可能听说过的DNA指纹。生物遗传基因在其DNA序列上存在两个或三个碱基连续多次重复的现象,简称为STR。大家知道我们人类的遗传基因DNA在化学上由脱氧核糖核酸组成,单个碱基通常被A,G, C或T这四个字母表示。实际上,地球所有生物的遗传基因在AGCT碱基构成层面是完全一样的,所不同的是每一个物种的碱基排列顺序不一样。开始于上世纪80年代的人类基因组计划的直接目标就是准确给出这些核苷碱基的排列顺序,人类基因组的序列已经准确测出,碱基总数30亿个左右,分布在23条染色体上。上世纪70年代科学家就发现,几乎所有高等生物的DNA序列中广泛分布着简单串联重复序列,如CACACA,或GACGACGAC,少则串联十几次,多则上百次。有趣的是这些串联重复序列(学术上也叫微卫星)的确切生物学功能至今未知,不少科学家至今仍在潜心研究并先后提出了多种假说。然而,科学家很快发现这些简单重复序列的重复次数在个体间变异幅度很大,甚至同一基因位点在同一家庭兄弟姐妹间就有差异,成为区分个体的重要遗传标志。这种碱基水平的差异可能与DNA在复制时这个区段容易出现滑动错误有关,变异程度相对最高。歪打正着,在实践中非常有用的DNA指纹技术从此诞生了。科学家后来发现,不仅人类,几乎全部高等动物和植物都有这类DNA序列重复。DNA指纹作为一种精确的基因位点识别技术现在被广泛应用于人类、动物、植物物种或品种标记或识别,在公安破案上已经被越来越多地应用。

而Y-STR则特指仅存在于人类男性体内Y-染色体DNA上的简单重复序列。人类除了有22对常染色体,还有一对决定性别的性染色体,即X染色体和Y染色体。男性的性染色体配对是XY型,女性是XX型。人类个体的性别在精子与卵子结合的那一刹那间被决定。受精时如果一个含Y染色体的精子攻入一个卵子,这个受精卵将会发育成男孩,反之一个X精子与一个卵母细胞结合则会是女孩。说到这里大家就知道了,原来Y-STR技术是一种专用于识别男性或雄性个体的DNA指纹技术。这项技术神就神在它能够以极其高的准确概率识别样本中(组织、细胞、血液、体液、头发、甚至指纹)的Y-STR重复状态,只要有对比资料,就能科学无误地判定二者是否为同一个体。

神奇之处:Y-STR在公安破案中可以大幅缩小破案范围至犯罪嫌疑人的父系家族

Y-STR神奇的地方就在于公安破案中可以大幅缩小破案范围至犯罪嫌疑人的父系家族。Y-染色体只传男性不传女性。同一父系家族的直系父子或旁系兄弟之间,Y-STR通常变化极小或没有变化,其变异率远远低于非同系男性之间,这就为依赖Y-STR分型锁定范围提供了科学依据。实际上,甘肃白银案就是靠犯罪嫌疑人堂兄因盗窃犯罪留下的Y-STR证据与上述白银案犯罪现场获得的同类证据资料对比而找到真凶的。因为在锁定的高姓嫌疑人中,唯有真凶高承勇有作案条件。在我们国家还没有建立起高覆盖率的DNA指纹库,特别是Y-STR库之前,这不能不说是神奇或幸运,具备一定的偶然性。

当然除了Y-STR技术,与之平行的还有人体指纹和相貌特征识别技术,包括人眼瞳孔识别技术也是非常有用的精确个体识别技术。这些技术除了公安破案,在其他如人员特定场所出入、保安、保密、资格认定、救援辨别等已经在开始实际应用,可以大大提高效率。这些技术的综合应用非常有助于提高公安案件侦破效率,有效弥补单一技术数据库容量不足的缺陷。可以设想,如果一个国家建立起一个全民覆盖的这类数据库,绝大多数需要个体识别的各类公安或非公安案件几乎可以在资料对比的瞬间得到科学答案。

作者:马润林,中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、博士、博士生导师

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