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线粒体可以进行个体识别?

【2016-10-25】

人类线粒体(mitochondrion)是一种存在于细胞质内由两层膜包被的细胞器,是细胞中制造能量的结构,是细胞进行有氧呼吸的主要场所,里面含有从母亲的卵细胞继承来的遗传物质,即线粒体DNA(mitochondrialDNA,mtDNA)。


mtDNA是一条闭合环状DNA,长度为16569bp,相比核DNA来讲mtDNA十分微小。mtDNA在细胞中具有更高的拷贝数,在降解检材中特别是当核DNA无法得到完整分型时,线粒体DNA信息便显示出重要的利用价值;而由于经常暴露于各种氧化反应中,线粒体DNA的变异率比核DNA更高,由此产生的多态性能够为母系DNA比对提供依据,且部分多态性位点亦与地域人群进化相关;另外,线粒体DNA完全由母系遗传,不存在基因重组,故在母系亲属关系鉴定中发挥着无可替代的作用。


二代测序技术的出现,使得法医工作者能够方便地获得更全面的线粒体基因组信息,在提高线粒体DNA检测识别率的同时,能够获得更多样品来源信息。以下是应用线粒体全基因测序进行个体识别的案例。


【案例1】应用下一代测序技术识别高度降解的士兵遗体

Application of nextgeneration sequencing technologies to the identification of high degradedunknown soldiers’ remains


期刊:Forensic ScienceInternational:Genetics Supplement Series


影响因子:4.988


研究背景

美国DNA鉴定实验室对1950-1953年朝鲜战争时的士兵骨骼和残骸进行了识别鉴定,但是由于这些骨骼高度受损及其DNA高度降解,应用传统标准的mtDNA方法一直没有可用的信息。而下一代DNA测序技术能够在很短的时间内产生数以百万计的序列,并且对任何大小的DNA都适用,包括不易被sanger测序识别的大小75bp的片段。


技术路线

古DNA提取800ng,mtDNA引物扩增富集,建库,IlluminaGAIIx平台测序,减少序列中的错误率。


研究结果及主要结论

DNA修复和引物延伸捕捉大幅度提高了NGS数据覆盖的数量和质量,因此会系统性地应用于未来的建库中。另外,会优化新扩增引物对整个线粒体DNA的覆盖度一致性。然而,现在主要关注的是测试古尸中严重降解的DNA的优化参数。

 


【案例2】线粒体DNA异质性在法医案件中发挥巨大威力

研究背景

尼古拉·罗曼诺夫(Nicholas Romanov)是俄国最后一位沙皇。他和他的家人以及侍从在1918年被暗杀,而遗体被仓促埋葬。几十年后,残骸被发现,但只是猜测这些遗骸可能属于尼古拉·罗曼诺夫,当时也确实没有令人信服的信息能够证明这确实是他的遗体。而后通过高通量测序(NGS)技术对DNA异质性的检测,给此案件提供了一个全新的分析视角。


技术路线

清理古老骨头表面的污染物,用Dremel打磨工具将表面抛光,从骨头中采样,研磨成粉末,使用某种溶液,将DNA从粉末中提取出来,纯化去除杂质,得到可用的DNA提取物,

调查在世的亲属,利用sanger测序看不到序列上的异质性;通过高通量测序,进行mtDNA异质性分析。


研究结果及主要结论

1、异质性是两种不同的线粒体序列的混合物,传统的sanger测序无法看到全部的线粒体序列。得到混合的DNA样本,称为异质性,这的确增加了鉴定中匹配的强度;


2、沙皇及其兄弟的异质性对调查产生了巨大的影响。案件中,在共享异质性的位点上,兄弟的遗体相匹配,当异质性共享时,高通量测序增加了匹配的程度;


3、调查在世的亲属史,单就他们的序列上看不到这种异质性,这是因为当时的技术无法实现这一点。通过高通量测序技术,能看到那些低水平存在的序列,而这些序列让那些对比和配对更加清晰;在一般的调查中,没有异质性的情况下匹配概率可能是1/100,有了异质性,概率变成了1/3000,000;


4、沙皇和他的兄弟在异质性方面存在显著差异,而且一代一代之间的比率变化很快,高通量测序的出现将成为一个关键点,得以在常规工作中可以发现这些差异;


5、此研究的影响:异质性测序带来的差异,的确提高了鉴别能力,这几乎就像从模拟系统转变成数字系统,它正在开启法医基因组学的新时代;


6、后续研究:Dr Holland继续他的研究,评估线粒体DNA异质性的比率和传递,以及DNA损伤对解释过程的影响,高通量测序将改变法医DNA分析流程,并将打击犯罪提升到一个全新的、更高的水准。

 



阅微基因提供专业的线粒体全基因组测序,具有丰富的经验

 

检材:血样、组织、口腔拭子以及降解检材等。

 

方法:提取基因组DNA,对线粒体全部16569bp序列,采用两对引物进行扩增,产物打断后混合建库,上机进行100×测序,获得数据后进行生物信息分析,拼接获得线粒体全长序列,并提供相关多态性位点比对结果。

 

应用领域

1、人类起源及迁徙的研究

  • 现代人线粒体,分析各民族、各地区人的母系血缘关系。

  • 古尸线粒体,分析历史上各个民族间的母系血缘关系、历史故事、迁徙路线。


2、个体识别

  • 军方人员遗骸鉴定

  • 型灾难事故遇难者鉴定

  • 寻找失踪人员

  • 历史名人的民族、身份

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