简析线粒体DNA异质性

冯钦

（成都市龙泉驿区卫生学校 四川成都 610100）

简析线粒体DNA异质性

冯钦

（成都市龙泉驿区卫生学校 四川成都 610100）

线粒体DNA存在异质性，在医学、生物学等领域都有着广泛的应用。本文将着重介绍线粒体在体细胞突变、父系掺入以及杂交等自然情况下的产生机制及其遗传。

线粒体 DNA

一个生物体中一般仅存在一个类型的线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）,但是目前研究中发现单个个体细胞质中往往存在不止一个类型的mtDNA,这种现象称之为线粒体异质性（heteroplasmy）,即同一个体中存在两种或两种以上类型的线粒体DNA。线粒体异质性在不同个体和组织中发生的频率以及多态性水平是不同,就目前研究发现,在肌肉组织和衰老个体中发生的频率是最高的。

线粒体DNA异质性可以分为长度异质性和位点异质性两种类型,长度异质性主要指的是线粒体D-loop区产生串联重复导致的,长度异质性被认为是中性选择的结果。线粒体DNA位点异质性指的是一个或者多个核苷酸位点的碱基改变,即线粒体DNA上一个或者多个碱基的转换、巅换、插入或者缺失等突变所导致的,从而产生线粒体异质性。异质性点突变与年龄呈正相关关系,随着年龄的增长,点突变的问题越严重。线粒体DNA位点异质性也被认为是中性突变,即极少导致病理。线粒体DNA异质性在细胞连续分裂过程中会产生遗传漂变,这将导致细胞中的突变型mtDNA的比例范围在0-100%之间。

1 体细胞突变形成的线粒体异质性

个体在生长发育过程中,体细胞中的线粒体DNA会发生碱基突变,进而引起个体不同组织或者细胞中的线粒体出现异质性。线粒体DNA没有组蛋白的保护,与线粒体内膜（氧化磷酸化场所）距离靠近,在此附近存在较多的自由基,容易受到攻击,从而发生氧化损伤,进一步导致突变的产生；线粒体DNA复制较快且不具备校读功能,缺乏快速有效的DNA损伤修复功能,表现为较高的复制错误率以及较低的修复能力,因此线粒体DNA的秃驴是核DNA的10-20倍,在进化上,线粒体的进化速度为核DNA的5-10倍。随着年龄的增长,同一个体以及细胞中发生线粒体突变的部分不断复制,从而细胞水平上存在异质性的细胞亚群。

2 父本信息渗入产生的线粒体DNA异质性

线粒体DNA遗传是严格的母系遗传,但是目前的研究表明,线粒体DNA有双亲传递现象,父本的信息可以渗入到下一代中,这些结果在鼠、果蝇和人类中均有结果呈现。随着研究的不断深入,大多数学者认为线粒体DNA父系遗传可能存在两种遗传机制。一种是父系线粒体DNA渗入机制,通过对小鼠受精过程追踪发现随着受精卵的发育,精子线粒体DNA在受精卵中所占的比例越来越少,直至完全消失。这表明线粒体DNA父系遗传涉及到受精过程中精子线粒体DNA在受精卵中的存在,同时在动物受精过程中受精卵中存在某种物质限制外源线粒体DNA在受精卵中扩散［2］。另一种可能是线粒体DNA重组机制。

Awadalla等认为线粒体DNA之间存在重组现象,通过对灵长类的线粒体DNA连锁不平衡分析发现,线粒体DNA存在非常广泛的重组现象,而这种重组现象最大可能是来自父母双方的重组［3］。

3 杂交导致的线粒体DNA的异质性

近源物种间的杂交导致线粒体DNA异质性在杂交个体之间出现时非常普遍的现象。线粒体DNA是母系遗传,即线粒体DNA主要是通过卵子传递,杂交个体大多数表现为木系遗传。严格的母系遗传有助于根据线粒体DNA之间的差异追溯其母系起源,同时也可以预测其杂交的方向。随着研究的不断深入,杂交个体后代中也具有极其少量的父系线粒体DNA。Awadalla等人对小鼠种内杂交线粒体追踪显示,父本线粒体DNA在胚胎发育前核后期被降解,牛和恒河猴在受精卵发育到八细胞期之前被降解掉。这些研究结果表明,种间杂交形成的线粒体异质性是由于细胞内识别异源线粒体DNA的特异性降低,导致依赖于泛素识别异源物质的降解功能缺乏或者是泛素功能缺乏,进而使得精子线粒体DNA可以在杂交后代中可以遗传,这在另一方面也体现了线粒体遗传机制中的“瓶颈效应”［4］。

目前,研究者为了证实线粒体DNA异质性提出的“瓶颈效应”,指的是在同一个体的不同组织间进行的线粒体DNA异质性分布的检测。研究者发现在动物个体的毛发中存在较高的线粒体DNA异质性,不同毛发之间（同一范围内皮肤和不同部位的皮肤上的毛发）以及同一毛发的不同部位都存在较高的线粒体DNA异质性；而在其他组织内包括血液、口腔脱落的上皮细胞中则发现线粒体DNA的异质性的水平较低。瓶颈效应在毛发发育过程中、毛发的干细胞的角质化、毛发滤泡的克隆都需要大量的能量,血液以及脱落的上皮细胞则属于多细胞起源,正是这两方面的差异导致这些组织内线粒体DNA异质性存在显著差异的原因。另一名研究者还发现在同一个体的大脑中组织的不同部位存在较高水平的线粒体DNA异质性,并且这种异质性呈现不同规律的变化。

4 进一步研究展望

线粒体DNA的异质性,在法医中的个体识别以及亲子鉴定等方面存在不确定性,因此在相应的案件中进行相应的评价。在对样本做出准确可靠的判断,首先要对群体中线粒体异质性分别情况进行了解,弄清楚各种线粒体异质性出现的概率和其异质性的位置,这就要求法医工作者对群体进行线粒体异质性调查,从而建立相应的线粒体异质性数据库,为线粒体在法医鉴定上提供有效保证。

线粒体异质性在很多领域都有着重要的意义,但是就目前研究结果来说,线粒体异质性的产生机制是十分复杂的,具体的机制并没有明确的学说。线粒体异质性发生的分子机理以及造成高变区多态性之间的关联又是什么,在人群中发生的概率有多大,这些尚需进一步研究。

［1］杨彩侠，文端成，张可莹等.哺乳动物核移植中线粒体命运.生物化学与生物物理进展，2003，30（4）：514-517.

［2］刘建忠，熊远著，蒋思文等.转基因动物研究新进展.生物技术通报，2000，4：10-14.

［3］赵兴波，储明星，李宁等.绵羊线粒体DNA的父系遗传.中国科学（c辑），2000，30（6）：642-646.

Q-1

A

1674-2060（2016）03-0327-01

冯钦，男，重庆潼南人，硕士研究生，研究方向：遗传分子生物学。