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基因檢測原理及常見誤解

2023-04-25 08:27 作者:歷史基因溯源  | 我要投稿

一直有個想法,把DNA檢測的整個流程觀念由淺入深,循序漸進(jìn)的介紹出來,讓大家更深入的了解DNA檢測的原理,了解我們的本土原生犬,礙于我本身的懶惰,把這件事情一而再再而三的拖延,直至今日成篇,只能說對本土犬的愛最終超過了自己的惰性。

首先,既然說到由淺入深,循序漸進(jìn)。在開始之前有必要先回顧一些初高中學(xué)過的生物學(xué)常識(已經(jīng)了解的可跳過該段),狗的遺傳信息存儲在DNA中,DNA由脫氧核苷酸組成的大分子聚合物。脫氧核苷酸由堿基、脫氧核糖和磷酸構(gòu)成。其中堿基有4種:腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。DNA中的核苷酸中堿基的排列順序構(gòu)成了遺傳信息。基因是產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所需的全部核苷酸序列,該遺傳信息可以通過轉(zhuǎn)錄過程形成RNA,然后其中的mRNA通過翻譯產(chǎn)生多肽,形成蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)(protein)是組成人體一切細(xì)胞、組織的重要成分。DNA在復(fù)制過程中會發(fā)生可遺傳變異,大部分突變都是有害的,甚至可能會造成死胎、自然流產(chǎn)和出生后天折等,稱為致死性突變,少部分對機(jī)體無影響僅僅造成正常人體間的遺傳學(xué)差異;甚至可能給個體的生存帶來一定的好處。

突變?yōu)樗茉焐锏亩鄻有蕴峁┝嗽牧希肥侨祟悮v史上第一個被馴化的動物,其馴化史最早可追溯到1.7萬年前末次盛冰期,有著漫長的歷史,狗在跟隨人類擴(kuò)散至全球的過程中,隨著地理隔離(種群被自然障礙物如山川河流或人類活動分割開來,無法自由交配)、遺傳漂變(由于種群的隔離,每個種群的基因池變小,隨機(jī)基因漂變的概率增加,導(dǎo)致基因頻率變化)、自然選擇(不同環(huán)境對不同表型具有不同的適應(yīng)度,會導(dǎo)致某些表型的個體更容易生存和繁殖)、人工干預(yù)(人為控制家畜的交配,選育出具有合適性狀的個體進(jìn)行繁殖)的作用下不同品種不同地域間的狗積累了相當(dāng)多的遺傳差異性,這些遺傳差異具體體現(xiàn)在DNA序列的差異上。

? ? ????科學(xué)家正是通過比對不同個體的DNA序列差異來判斷個體間的親疏遠(yuǎn)近,通常情況下DNA序列越相似的個體親緣關(guān)系越近,反之關(guān)系越遠(yuǎn)。同一個物種中大約有99.9%的DNA片段是相同的,其中約有0.1%的不同,同一物種的不同基因組DNA等位序列之間的差異稱為DNA序列多態(tài)性,其中90%的多態(tài)性由單個核苷酸的變異所引起,被稱為單核苷酸多態(tài)性(SNP),雖然整體比例只有0.1%左右,但是由于狗的細(xì)胞核中約有25億的堿基對, SNP的數(shù)量可以到數(shù)百萬甚至上千萬個【1】。

基因檢測可以粗略的分為這么兩大步驟1.獲取數(shù)據(jù)2.數(shù)據(jù)分析

一.??? 獲取數(shù)據(jù):

檢測機(jī)構(gòu)從寵物體內(nèi)的細(xì)胞樣本中,如口腔拭子、血液、毛發(fā)等提取出DNA,通常使用化學(xué)方法或自動提取儀來完成。通過純化步驟,去除DNA中的雜質(zhì)和蛋白質(zhì),使得DNA更加純凈。利用PCR技術(shù)對提取出來的DNA進(jìn)行擴(kuò)增,從而增加檢測的敏感性。對擴(kuò)增出來的DNA進(jìn)行測序或SNP分析,檢測其中的基因變異。

需要注意的是寵物基因檢測公司測序的DNA區(qū)域范圍、SNP的數(shù)量、檢測位點(diǎn)的準(zhǔn)確度可能存在差異,導(dǎo)致測出不同的結(jié)果。通常情況下用于分析的SNP數(shù)量越多結(jié)論越準(zhǔn)確,基因編碼區(qū)域的位點(diǎn)優(yōu)于非編碼區(qū)。

二.??? 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析非??简炏嚓P(guān)研究人員的水平和技術(shù),寵物公司根據(jù)檢測結(jié)果,將寵物的基因型與參考數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對,從而確定寵物的血統(tǒng)成分。參考數(shù)據(jù)庫是指已經(jīng)測序和分析過的基因數(shù)據(jù)的集合,通常用于比對和分析其他個體的基因數(shù)據(jù)。在寵物基因檢測中,參考數(shù)據(jù)庫是非常重要的,可以幫助解析寵物基因數(shù)據(jù),從而確定寵物的品種、血統(tǒng)、疾病風(fēng)險等信息。此外,一些商業(yè)公司也會建立自己的參考數(shù)據(jù)庫,例如WisdomPanel、Embark等公司,它們通過自己的基因檢測產(chǎn)品,收集大量寵物的基因數(shù)據(jù),建立自己的參考數(shù)據(jù)庫,從而為寵物基因檢測提供參考數(shù)據(jù)。需要注意的是,不同的參考數(shù)據(jù)庫可能存在差異,它們的數(shù)據(jù)收集、處理和分析方法可能不同,因此對于寵物基因檢測結(jié)果的解讀和比對,需要根據(jù)實際情況選擇合適的參考數(shù)據(jù)庫。

疑問一:

???? 你上面不是說同一物種99.9%的基因片段都一樣,為什么你發(fā)的偉思田園犬的基因檢測結(jié)果會顯示出各種不同比例的成分?

答:寵物基因檢測的血統(tǒng)成分比例是根據(jù)基因中有差異的部分(通常是SNP)進(jìn)行推斷和預(yù)測的,并不代表基因序列的整體相似度,例如:人類和同科不同屬的黑猩猩在約四百萬年前就已經(jīng)分化了,人類與黑猩猩的基因相似度高達(dá)98.5%,只有約1.5%的不同,而基因檢測公司用來劃分血統(tǒng)的是不同人種、族群間有差異的部分。

疑問二:

???? 為什么偉思的土狗檢測結(jié)果各種品種的成分都有,你說是純的,embark檢測的100%中國鄉(xiāng)村犬的結(jié)果你又說是串?

???? 答:主要原因是兩家公司參考的數(shù)據(jù)庫不一樣,次要原因還包括數(shù)據(jù)分析方法的差異、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度等等。寵物中的基因只是一段DNA序列,其本身是無法說明源自哪里的,靠的是與參考數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,參考數(shù)據(jù)庫的作用相當(dāng)于給這些不同的基因位點(diǎn)做了品種標(biāo)注,假設(shè)某些特殊的基因型在A品種中比例較高,寵物基因檢測公司會將這些SNP上特殊的變異類型入庫A品種,如果檢測的寵物恰好也有這些特殊的基因型,寵物公司就會作出一個合理的判斷,即檢測的寵物有多少比例的A品種成分。

基因只是一段DNA序列

因此參考數(shù)據(jù)庫很重要,要保證用于參考的數(shù)據(jù)庫是符合歷史事實的。參考數(shù)據(jù)庫里錄入的樣本符合歷史事實是非常重要的一步,否則得不出正確的結(jié)果。舉個例子:某東非族群B自稱祖先來自明朝鄭和下西洋的艦隊后裔,現(xiàn)某非洲小伙做基因檢測,與參考數(shù)據(jù)庫中B族群的基因?qū)Ρ?,結(jié)果顯示為100%的B族群成分,請問該小伙是否可以證明自己是百分之百的純種中國人嗎?

????????答案是否定的,單靠100%B族群成分無法證明是中國人,因為自稱中國人后裔≠就是中國人后裔,要想證明,首先要證實明朝時期鄭和下西洋曾經(jīng)到達(dá)了該族群所在地區(qū)且與當(dāng)?shù)厝擞薪涣鞑⒘粝潞蟠?,其次檢測東非族群B還有多少東亞人群的基因成分。證實了東非族群B是鄭和下西洋后裔并且依然還有不少的東亞成分這個事實,B族群作為參考數(shù)據(jù)庫用于證明檢測者是否有中國血統(tǒng)才有意義。

???? 有些人把中國鄉(xiāng)村犬當(dāng)垃圾簍,也不關(guān)心檢測到的結(jié)果是否接近地理位置相近的其他東亞犬種,全都往中國鄉(xiāng)村犬的參考數(shù)據(jù)庫里塞。或者說像中國冠毛犬這樣,曾自稱其來源于中國,但是基因分析卻顯示和東亞犬無關(guān),哪怕測出100%,也只能證明你的寵物和embark參考數(shù)據(jù)庫中的中國鄉(xiāng)村犬/中國冠毛犬很相似,不能用于證明被檢測的狗就是純中國原生犬。

???? 偉思的情況則相反,原有的廣西獵犬基因庫數(shù)據(jù)很少,導(dǎo)致田園犬的檢測結(jié)果跑出其他亞太地區(qū)品種的成分,按照現(xiàn)在偉思檢測一個入庫一個的做法,只要你們檢測的狗被偉思選中入庫某個品種(很有可能入廣西獵犬或者重新劃分一個中華田園犬庫),現(xiàn)在偉思還在研究當(dāng)中,后續(xù)參考數(shù)據(jù)庫一旦開始更新,狗的結(jié)果都會變成100%廣西獵犬或者中華田園犬。到時面臨著同樣的問題:入庫的基因數(shù)據(jù)是否符合歷史事實,即這些基因是否就是中國自5千年文明起源以來一直伴隨著先民的狗傳承下來的。所以我一直在期待考古學(xué)和古分子生物學(xué)能夠有所進(jìn)展,可以作為參照來進(jìn)行更合理的判斷。


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