证据技术实验教学中心法医室

1、证据技术实验教学中心法医室证据技术实验教学中心法医室DNA在法庭科学中的应用在法庭科学中的应用DNA in the CellPCR目的片段（Target Region ）染色体chromosome细胞核cell nucleus核苷nucleotidesProjeto Genoma HumanoSample SequencesactgatAAAAAAAAGGGGGGGggcgtacacattagCTGATTCCAATACAGacgtactgatAAAAAAAAGGGGGGGggcgtacacattagCTGATTCCAATACAGacgtaaAAAAAAAGAGGGGGGaaacttttccga

2、ataCTGATTCCAATACAGgatcagtaaAAAAAAAGAGGGGGGaaacttttccgaataCTGATTCCAATACAGgatcagtatgacttAAAAAAAAGGGGGGGtgctctcccgattttCCTGATTCCAATACAGcatgacttAAAAAAAAGGGGGGGtgctctcccgattttCCTGATTCCAATACAGcaggAAAAAAAGAGGGGGGagccctaacggacttaatCCTGATTCCAATACAGtaaggAAAAAAAGAGGGGGGagccctaacggacttaatCCTGATTCCAATACAGtaggagg

3、AAAAAAAGAGGGGGGagccctaacggacttaatCCTGATTCCAATACAGggaggAAAAAAAGAGGGGGGagccctaacggacttaatCCTGATTCCAATACAGGGGACTCCGCGTCTCGCTCTCTGTGTTCCAATCGCCCGGTGCGGTGGTGCAGGGTCTCGGGCTAGTCATGGCGTCCCCGTCTCGGAGACTGCAGACTAAACCAGTCATTACTTGTTTCAAGAGCGTTCTGCTAATCTACACTTTTATTTTCTGGATCACTGGCGTTATCCTTCTTGCAGTTGGCATTTGGGGCAAGG

4、TGAGCCTGGAGAATTACTTTTCTCTTTTAAATGAGAAGGCCACCAATGTCCCCTTCGTGCTCATTGCTACTGGTACCGTCATTATTCTTTTGGGCACCTTTGGTTGTTTTGCTACCTGCCGAGCTTCTGCATGGATGCTAAAACTGTATGCAATGTTTCTGACTCTCGTTTTTTTGGTCGAACTGGTCGCTGCCATCGTAGGATTTGTTTTCAGACATGAGATTAAGAACAGCTTTAAGAATAATTATGAGAAGGCTTTGAAGCAGTATAACTCTACAGGAGATTATAGAAGCCATGCAG

5、TAGACAAGATCCAAAATACGTTGCATTGTTGTGGTGTCACCGATTATAGAGATTGGACAGATACTAATTATTACTCAGAAAAAGGATTTCCTAAGAGTTGCTGTAAACTTGAAGATTGTACTCCACAGAGAGATGCAGACAAAGTAAACAATGAAGGTTGTTTTATAAAGGTGATGACCATTATAGAGTCAGAAATGGGAGTCGTTGCAGGAATTTCCTTTGGAGTTGCTTGCTTCCAACTGATTGGAATCTTTCTCGCCTACTGCCTCTCTCGTGCCATAACAAATAACCAGTATGAGA

6、TAGTGTAACCCAATGTATCTGTGGGCCTATTCCTCTCTACCTTTAAGGACATTTAGGGTCCCCCCTGTGAATTAGAAAGTTGCTTGGCTGGAGAACTGACAACACTACTTACTGATAGACCAAAAAACTACACCAGTAGGTTGATTCAATCAAGATGTATGTAGACCTAAAACTACACCAATAGGCTGATTCAATCAAGATCCGTGCTCGCAGTGGGCTGATTCAATCAAGATGTATGTTTGCTATGTTCTAAGTCCACCTTCTATCCCATTCATGTTAGATCGTTGAAACCCTGTATCC

7、CTCTGAAACACTGGAAGAGCTAGTAAATTGTAAATGAAGTAATACTGTGTTCCTCTTGACTGTTATTTTTCTTAGTAGGGGGCCTTTGGAAGGCACTGTGAATTTGCTATTTTGATGTAGTGTTACAAGATGGAAAATTGATTCCTCTGACTTTGCTATTGATGTAGTGTGATAGAAAATTCACCCCTCTGAACTGGCTCCTTCCCAGTCAAGGTTATCTGGTTTGATTGTATAATTTGCACCAAGAAGTTAAAATGTTTTATGACTCTCTGTTCTGCTGACAGGCAGAGAGTCACATTG

8、TGTAATTTAATTTCAGTCAGTCAATAGATGGCATCCCTCATCAGGGTTGCCAGATGGTGATAACAGTGTAAGGCCTTGGGTCTAAGGCATCCACGACTGGAAGGGACTACTGATGTTCTGTGATACATCAGGTTTCAGCACACAACTTACATTTCTTTGCCTCCAAATTGAGGCATTTATTATGATGTTCATACTTTCCCTCTTGTTTGAAAGTTTCTAATTATTAAATGGTGTCGGAATTGTTGTATTTTCCTTAGGAATTCAGTGGAACTTATCTTCATTAAATTTAGCTGGTACCAG

9、GTTGATATGACTTGTCAATATTATGGTCAACTTTAAGTCTTAGTTTTCGTTTGTGCCTTTGATTAATAAGTATAACTCTTATACAATAAATACTGCTTTCCTCTAAAAAGATCGTGTTTAAATTAACTTGTAGAAAATCTGCTGGAATGGTTGTTGTTTTCCACTGAGAAAGCTAAGCCCTACATTTCTATTCAGAGTACTGTTTTTAGATGTGAAATATAAGCCTGCGGCCTTAACTCTGTATTAAAAAAAATGTTTTTGTTTAAAAAAAACTGTTCCCATAGGTGCAGCAAACCACCA

10、TGGCACATGTATACCTATGTAACAAACCTGCACATTCTGTATCTATGTAACAAATCGCAGCACAGGAGTCCCCTGGGCTCCCTCAGGCTCTGGTATGACATATTTGAGCCATATAAATTCAGCTTCTCCTCTGGCATCTGTTAGCCGACTCACTTGCAACTCCACCTCAGCAGTGGTCTCTCAGTCCTCTCAAAGCAAGGAAAGAGTACTGTGTGCTGAGAGACCATGGCAAAGAATCCTCCAGAGAATTGTGAAGACTGTCACATTCTAAATGCAGAAGCTTTTAAATCCAAGAAAATA

11、TGTAAATCACTTAAGATTTGTGGACTGGTGTTTGGTATCCTGGCCCTAACTCTAATTGTCCTGTTTTGGGGGAGCAAGCACTTCTGGCCGGAGGTACCCAAAAAAGCCTATGACATGGAGCACACTTTCTACAGCAATGGAGAGAAGAAGAAGATTTACATGGAAATTGATCCTGTGACCAGAACTGAAATATTCAGAAGCGGAAATGGCACTGATGAAACATTGGAAGTGCACGACTTTAAAAACGGATACACTGGCATCTACTTCGTGGGTCTTCAAAAATGTTTTATCAAAACTCAG

12、ATTAAAGTGATTCCTGAATTTTCTGAACCAGAAGAGGAAATAGATGAGAATGAAGAAATTACCACAACTTTCTTTGAACAGTCAGTGATTTGGGTCCCAGCAGAAAAGCCTATTGAAAACCGAGATTTTCTTAAAAATTCCAAAATTCTGGAGATTTGTGATAACGTGACCATGTATTGGATCAATCCCACTCTAATATCAGTTTCTGAGTTACAAGACTTTGAGGAGGAGGGAGAAGATCTTCACTTTCCTGCCAACGAAAAAAAAGGGATTGAACAAAATGAACAGTGGGTGGTCCCT

13、CAAGTGAAAGTAGAGAAGACCCGTCACGCCAGACAAGCAAGTGAGGAAGAACTTCCAATAAATGACTATACTGAAAATGGAATAGAATTTGATCCCATGCTGGATGAGAGAGGTTATTGTTGTATTTACTGCCGTCGAGGCAACCGCTATTGCCGCCGCGTCTGTGAACCTTTACTAGGCTACTACCCATATCCATACTGCTACCAAGGAGGACGAGTCATCTGTCGTGTCGenoma Humano: 60.000 genes 1,1% exons 24% introns 75% intergnicoProj

14、eto Genoma Humano人和人之间的差别咋就这么大呢人和人之间的差别咋就这么大呢?法法DNA分型简史分型简史（Brief History of Forensic DNA Typing） 1980 - Ray White第一次使用限制性片段长度多态标记(RFLP marker) 1985 - Alec Jeffreys发现多位点可变数目重复探针 （VNTR probes） 1985 PCR的第一篇文章发表 1988 FBI开始使用 DNA进行法科学调查 1991 STR的第一篇文章发表 1995 - FSS 建立 DNA数据库 1998 - FBI 启动 CODIS 数据库法法DNA技

15、术的具体应用（一）技术的具体应用（一）法庭案件法庭案件（Forensic cases） - matching suspect with evidenceDNA在案件中的应用在案件中的应用 （DNA Use in Forensic Cases） 多数是强奸案 (2 out of 3) 在物证和嫌疑犯间寻找匹配 必须和受害人的DNA数据相比对混合斑（Mixtures）DNA 降解 （DNA degraded)PCR抑制剂的存在（Inhibitors to PCR）ChallengesA Need To微量微量DNA检材检材烟头烟头邮票邮票毛发毛发指纹指纹法医法医DNA检测的特点（检测的特点（1）犯

16、罪现场可用的生物样本很少是犯罪现场可用的生物样本很少是“干净的干净的” （Crime Scene samples rarely “clean”）污垢（污垢（Dirt） - 表面（表面（Surface）阳光（阳光（Sunlight） - 热（热（Heat）潮湿（潮湿（Moisture） - 时间（时间（Time）细菌（细菌（Bacteria） - 场所（场所（Location）化学品（化学品（Chemicals） -核酸酶核酸酶 （Nucleases）DNA样品的数量常常是有限的样品的数量常常是有限的（Amount of DNA is often limited）必须妥善保存样品（必须妥善保存样

17、品（Must conserve sample）留取足够的样品以便再次分析（留取足够的样品以便再次分析（Save for possible defense re-analysis）每次分析使用足够的样品（每次分析使用足够的样品（Use enough to get good results）法医法医DNA检测的特点（检测的特点（2）亲子鉴定亲子鉴定（Paternity testing） - identifying father法法DNA技术的具体应用（二）技术的具体应用（二）Modern Use of Y-STR TestingCaptured December 13, 2003Is this m

18、an really Sadaam Hussein?Uday and Qusay Hussein Killed July 22, 2003Matching Y-STR Haplotype Used to Confirm Identity (along with allele sharing from autosomal STRs)历史调查历史调查（Historical investigations）法法DNA技术的具体应用（三）技术的具体应用（三）Thomas Jefferson IIField JeffersonPeter JeffersonPresident Thomas Jefferson

19、Eston HemingsThomas WoodsonDifferent Y HaplotypeSame Y HaplotypeJefferson Y HaplotypeJefferson Y Haplotype?Historical Investigation DNA Study我们共同的亚当和夏娃我们共同的亚当和夏娃走走 出出 非非 洲洲http:/ persons investigations）群难事故（群难事故（Mass disasters） - putting pieces back togetherTime (Minutes)7654321Absorbance (mV)201918

20、17161514131211109876543210-1法法DNA技术的具体应用（四）技术的具体应用（四）犯罪犯罪DNA数据库数据库（Convicted felon DNA databases）法法DNA技术的具体应用（五）技术的具体应用（五）DNA证据的来源证据的来源（Sources of DNA Evidence） 血液血液(Blood) 精液精液(Semen) 唾液唾液(Saliva) 尿液尿液(Urine) 毛发毛发(Hair) 牙齿牙齿(Teeth) 骨骼骨骼(Bone) 组织组织(Tissue)从犯罪现场或亲权鉴定中收集样品生物学DNA提取DNA定量PCR 扩增多个 STR 遗传标

21、记技术分离和检查 PCR 产物(STR 等位基因)样品所具有的基因型遗传学将样品的基因型和其它样品的基因型相比较如相互吻合，将基因型资料与群体数据库相比对计算随机匹配概率DNA样品处理的步骤样品处理的步骤（Steps in DNA Sample Processing）引物延伸Make copies (extend primers)初始模板Starting DNA Template55335533添加引物Add primers (anneal)5335前引物Forward primer后引物Reverse primer聚合酶链反应聚合酶链反应Polymerase Chain Reaction (

22、PCR)变性为单链Separate strands (denature)5533In 32 cycles at 100% efficiency, 1.07 billion copies of targeted DNA region are created目的片段随循环次数指数级增加目的片段随循环次数指数级增加PCR Copies DNA Exponentially through Multiple Thermal Cycles起始目的片段（Original DNA target region）Thermal cycleThermal cycleThermal cycle诺贝尔奖诺贝尔奖（The

23、 Nobel Laureate） Invented by Kary Mullis in 1983. First published account appeared in 1985. Awarded Nobel Prize for Chemistry in 1993.短串联重复短串联重复Short Tandem Repeats (STRs)不同样本间引物结合区相同而不同样本间引物结合区相同而基序基序重复次数是可变的重复次数是可变的（the repeat region is variable between samples while the flanking regions where PCR

24、 primers bind are constant）7 repeats8 repeatsAATG杂合体（Homozygote） = both alleles are the same length纯合体（Heterozygote ）= alleles differ and can be resolved from one another170 bp195 bpTCAT repeat unitDNA检测的具体步骤检测的具体步骤DNA提取（提取（DNA collected）1234DNA扩增扩增(DNA amplified if necessary)DNA目的片段目的片段(DNA cut int

25、o fragments)DNA片段比较片段比较(fragments compared)犯罪现场犯罪现场嫌疑人嫌疑人1嫌疑人嫌疑人2犯罪现场样品和参照样品犯罪现场样品和参照样品（Crime Scene Samples & Reference Samples）提取和纯化提取和纯化DNA (Extract and Purify DNA)添加引物和其它试剂添加引物和其它试剂(Add primers and other reagents)PCR扩增扩增（PCR Amplification） 扩增目的片段扩增目的片段（DNA regions flanked by primers are amplified

26、）ABI310遗传分析仪遗传分析仪 （310 Genetic Analyzer）毛细管聚合胶注射器自动取样盘缓冲液电极缓冲液310310遗传分析仪原理遗传分析仪原理ABI 310 Genetic Analyzer: Capillary Electrophoresis检测窗检测窗(DetectorWindow)毛细管电泳毛细管电泳（Capillary Electrophoresis）Figure 14.4, J.M. Butler (2005) Forensic DNA Typing, 2nd Edition 2005 Elsevier Academic Press310分析原始图谱分析原始图谱

27、 （Raw data）矩阵处理矩阵处理(Matix)D3S1358(8 alleles)VWA(14 alleles)D16S539(9 alleles)D2S1338(14 alleles)Blue panelGreen panelYellow panelOrange panelD21S11(24 alleles)D8S1179(12 alleles)D18S51(23 alleles)TH01(10 alleles)FGA low(19 alleles)FGA high(9 alleles)250 bp*139bp200 bp160 bp300 bp340 bp350 bp150 bpLI

28、Z-labeled GS500 DNA sizing standard100 bpRed panelD19S433(15 alleles)D5S818(10 alleles)TPOX(8 alleles)D13S317(8 alleles)D7S820(10 alleles)CSF1PO(10 alleles)AMEL(2 alleles)Figure 5.6, J.M. Butler (2005) Forensic DNA Typing, 2nd Edition 2005 Elsevier Academic Press通过与等位基因标准比对来进行通过与等位基因标准比对来进行STR分型分型 （

29、STR genotyping is performed by comparison of sample data to allelic ladders ）Microvariant allele统计分析统计分析0.222 x 0.222 x 2= 0.1= 0.11 in 79,531,528,960,000,0001 in 8 万万亿（万万亿（quadrillion）1 in 101 in 1111 in 201 in 22,200 xx1 in 1001 in 141 in 811 in 113,400 xx1 in 1161 in 171 in 161 in 31,552xx统计分析统计分

30、析DNA指纹(DNA fingerprint)一例强奸案的一例强奸案的DNA图谱图谱Evidence (female fraction)Evidence (male fraction)SuspectVictimDifferential extraction used to separate sperm (male fraction) from vaginal epithelial cells (female fraction)malefemalemalefemaleThe four samples typically associated with a forensic DNA caseD8S

31、1179D8S1179D21S11D21S11D7S820D7S820CSF1POCSF1POD19S433D19S433vWAvWATPOXTPOXD18S51D18S51D3S1358父父10-1132.28-1110-1014-1514-1611-1217-1715-15母母14-1529-2910-1210-1113-1418-1911-1213-1516-17子子11-1429-32.28-1010-1014-1414-1812-1213-1716-17TH01TH01D13S317D13S317D16S539D16S539D2S1338D2S1338D5S818D5S818FGAF

32、GAD1S2142D1S2142D15S659D15S659D14S306D14S306父父9-98-129-1119-2210-1222.2-2313-169-1412-12母母9-99-129-1118-2311-1222-2416 1614 1513 13子子9-98-129-922-2312-1222-22.216 1614 1512 13D13S1492D13S1492D18S865D18S865D12S391D12S391D20S161D20S161D3S1754D3S1754D4S2366D4S2366D12S375D12S375D1S549D1S549AmelAmel父父20-

33、2010-108-1117-1811-139-1415-1712-16X Y母母14-1410-116-716-1713-1411-1315-1515-16X X子子14-2010-117-1116-1711-1311-1415-1712-15X Y一例亲子鉴定的一例亲子鉴定的STR分型结果分型结果 Applied Biosystems PRISM 377(Gel, 34-96 lanes)Applied Biosystems PRISM 3100(Capillary, 16 capillaries)Applied Biosystems PRISM 3700(Capillary, 96 cap

34、illaries)DNA数据库数据库（DNA Database）CODIS DNA 数据库数据库 （FBIs CODIS DNA Database）联合联合DNA索引系统（索引系统（Combined DNA Index System） Used for linking serial crimes and unsolved cases with repeat offenders Launched October 1998 Links all 50 states Requires 4 RFLP markers and/or 13 core STR markers Current backlog of 1,000,000 samples13个个CODIS核心核心STR位点及其染色体定位位点及其染色体定位 Core STR Loci with Chromosomal PositionsCSF1POD5S818D21S11TH01TPOXD13S317D7S820D16S539D18S51D8S1179D3S1358FGAVWAAMELAMELDNA in database does not only convict but also free individuals:Case example from New York CityA woman