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新一代测序技术在法医学中的应用(三)——线粒体篇

【2020-05-15】
       人类细胞内存在两套基因组:一套是细胞核内的基因组,即核DNA(nDNA);另一套是位于细胞质线粒体内的基因组,即线粒体DNA(mtDNA)。mtDNA是人类的第二套基因组DNA,具有母系遗传、拷贝数多、异质性、进化速度快、突变率高等特点。


01
母系遗传
       线粒体位于细胞质当中,由于精子的线粒体都在精子的尾部,而受精时只有精子的头部进入卵子,因而线粒体是以母系遗传方式遗传的。虽然据最新的研究表明,在某些特殊的情况下父系的mtDNA也可能会遗传给子代,但是这种情况极其罕见。因此在没有突变情况下,绝大多数母系直系亲属间mtDNA序列完全一致,因而适用于单亲的亲子鉴定及同一认定。

02
拷贝数多
       人体有35~100万亿个细胞,每个细胞平均含有10~1000个线粒体,多数线粒体内有多个拷贝的mtDNA,而每个细胞内只有两套nDNA,因此mtDNA比nDNA具有更高的检出率,非常适用于微量(仅需pg水平)法医物证检材的应用,尤其是毛发、骨等物证所含完整nDNA量极少,不宜用常规DNA分析法检测,此时对mtDNA多态区进行扩增测序很有价值。

03
异质性
       mtDNA异质性是指同一个线粒体、同一细胞或同一个体内存在着2个或2个以上的mtDNA亚群,包括点异质性和长度异质性。法医DNA委员会提出异质性的出现并不会使mtDNA的分析失效,相反,当两个检材都出现了同样的异质型,则更加强了同一性的证据作用。

04
进化速度快  突变率高
       mtDNA的进化速度是nDNA的5~10倍,因此其不同母系个体的个体识别率较以往单一扩增系统高。

05
易于解读
       由于mtDNA为单倍体,不存在解读复杂杂合子测序结果的问题,大大减低了译读DNA序列的复杂度。
       目前国内外对mtDNA的研究越来越多,随着分子生物学和计算机等相关技术飞速发展,多重PCR、高通量测序等多种高新技术陆续出现,使得在短时间内快速准确地测定线粒体全基因组序列成为可能,而且随着高通量测序成本的不断降低,线粒体全基因组序列分析已逐渐成为mtDNA检测的主要手段。尤其是二代测序技术的出现,法医工作者通过一个检测过程就能够方便地获得更全面的线粒体基因组信息,在提高mtDNA检测识别率的同时,获得更多样品来源信息,非常适用于微量检材的检验。

       就mtDNA的异质性在法医学领域应用而言,已经引起法医界的重视,在今后的工作中,以下方面的研究将有利于法医个体识别和母系遗传亲属的确定:
       建立mtDNA数据库。找出异质的规律,包括异质的“热点”、异质的DNA在体内的水平和组织分布规律、人群中异质性的频率、同一个体不同组织及不同年龄段人群异质性、检测异质性方法的标准化等。
      建立检测的量化标准。美国国立标准和技术研究院正在建立检测mtDNA异质性的标准参考资料,为检测mtDNA异质性或低频率突变的研究提供量化参照。
 
参考文献:
[1] 曹洋,万立华. 线粒体DNA在法医学中的应用及其研究进展[J]. 山西医科大学学报(z1):60-63.
DOI:10.3969/j.issn.1007-6611.2002.z1.043
[2] 孙生, 张惠芹, 刘宗伟. 当前线粒体DNA研究及在法医学中的应用[J]. 中国人民公安大学学报(自然科学版), 2006, 12(1):28-32.
DOI:10.3969/j.issn.1007-1784.2006.01.009
[3] 蒋琼橙, 伍新尧. 人类线粒体DNA异质性及其与法医学的关系[J]. 中国法医学杂志, 2002, 17(1):54-56.
DOI:10.3969/j.issn.1001-5728.2002.01.030

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   ■ 新一代测序技术在法医学中的应用(二)——SNP篇



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