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1、认识线粒体 常见的追溯“母系祖先”起源的方式，是通过线粒体里的DNA。  线粒体是什么呢，线粒体（mitochondrion，mt）是细胞里的一个细胞器，它不在细胞核里，只分布在细胞核之外的细胞质中。它的作用主要是通过将糖类、脂肪和蛋白质的能量转化成三磷酸腺苷（ATP），给细胞活动提供直接能量，因此被称为“人体的能量工厂” 或“发电站”。想象一下，如果没有线粒体为我们提供能量，我们的身体就会像水母一样，软绵绵没力气。当然，这种假设现实中也不可能发生。 线粒体除了为细胞供能外，还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。 地球上所有的真核生物“包括动物、植物和真菌”，细胞里都有线粒体。原核生物则无。人体里不同细胞含有线粒体的数量也非常不同。少则2-3个，多则2000个（如肝细胞）。 一个线粒体中一般有多个环状双链DNA。线粒体DNA在复制过程中，如果发生有害的突变，则会引起线粒体的基因疾病。虽然疾病症状是多变的，但大脑、肌肉和心脏等耗能较多的器官通常会受到影响。部分线粒体疾病遵循母系遗传。 2、线粒体的特殊身份 线粒体的一大特点是，它拥有独立于细胞核基因组的遗传物质和遗传体系，可以自主转录翻译合成蛋白质，但其基因组大小有限，同时部分线粒体内的蛋白合成仍依赖细胞核DNA，因此线粒体是一种半自主细胞器。 线粒体在形态、染色反应、化学组成、物理性质、活动状态、遗传体系等方面，都很像细菌。比如：①DNA为环形分子，无内含子；②核糖体为70S型；③RNA聚合酶被溴化乙锭抑制不被放线菌素D所抑制；④tRNA、氨酰基-tRNA合成酶不同于细胞质中的；⑤蛋白质合成的起始氨酰基tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA，对细菌蛋白质合成抑制剂氯霉素敏感对细胞质蛋白合成抑制剂放线菌酮不敏感。已有多方面的证据显示线粒体与现代真细菌中的紫色非硫光合细菌的α枝相似，表明线粒体是源于这类真细菌的原始祖先。 因此，“内共生假说”是解释线粒体起源的最普遍观点。按照这种观点，大约在十几亿年前，一种好氧阿尔法变形菌（a—proteobacteria）被原始真核生物吞噬以后，建立了长期的互利共生关系，原始真核生物为阿尔法变形菌提供营养物质，后者为前者提供能量，各取所需，逐渐演化成现在的线粒体和真核细胞。这是自然界生命之间的美妙合作。 3、线粒体的母系遗传 我们男女都有线粒体，都源于他的母亲，线粒体是严格遵循母系遗传规律。 人体内除了红细胞外，所有细胞都有线粒体，包括精子。精子中的线粒体集中在精子尾部。在受精过程中，卵子的内的谋些“作用”会把精子的线粒体给摧毁掉，因此胚胎形成后就找不到父系的线粒体了。这个情况听起来让人感到疑惑，但这正是生命进化所需的正确选择，如果卵子任由精子或卵子之间的线粒体随机选择，那没法保证后代的线粒体质量，会毁掉下一代的健康。为了自身的保障，卵细胞只能遵守保留自己的线粒体。  所以呢，我们的线粒体来自于妈妈，妈妈的线粒体来自于外婆，外婆的线粒体来自外曾祖母，如此类推。 4、线粒体DNA追寻母系起源的原理 线粒体DNA（mtDNA）全长16569个碱基对，是一个闭合环状分子。其序列长度相对于核染色体（大约30亿个碱基对）比较而言可谓非常之小。在线粒体的两条链中，由于鸟嘌呤G和胞嘧啶C的含量不同而分成轻链和重链。内环含C较多，称为轻链，外环含G较多，称为重链。  mtDNA的大部分片段都是编码氨基酸的氨基酸，这些区域被称为编码区（Coding Region,CRS位置577-16023）。编码区包含了线粒体基因所有的基因，其为13个蛋白质基因（ND1-6,ND4L,CYTB,COX,ATP6及ATP8）22个t-RNA基因和2个rRNA基因（12SrRNA和16s rRNA）。所有的基因除了ND6以外，都是由重链编码的，而ND6则是由轻链编码的。  编码区之外的区域被称为控制区（Coding Region,CRS位置577-16023），因这段区域包含了启动子，可能的作用是控制线粒体复制和转录，故称控制区（Control Region,CR）。控制区通常分为两段，位置号16024～16365为HVS I 区，位置号00073～00340 为HVS II区。这两个区域不编码氨基酸，没有生理功能。因此，这两个区域上的突变不会导致线粒体的功能失效及涉及的疾病。所以，这两个区域积累了比其他区域多得多的突变，故这两个区域被称为高变区（CRS位置16024-576，Hypervariable Region，HVR或者为hypervariable segments,HVS）。 线粒体除高变区外，其他区域比较稳定。通常用编码区上的突变定义一个mtDNA单倍群。不同的单倍群的序列在高变区往往有各自一致的特征序列，因此只测试高变区也能大致判断出一个人所属于的mtDNA单倍群。 5、检测mt单倍群的方法 1，测试高变区序列，能大致判断出个人所属的mtDNA单倍群。早期的很多关于线粒体的研究都采用这样方法，当然现在看来这种方法是不理想的。 2， 通过SNaPshot或者芯片的方法，测试一系列定义母系线粒体DNA类型（即mtDNA单倍群）的、编码区上的突变位点，这样能相对准确判断出单倍群。 3， 测试mtDNA全序。这种方法能提供所有关于mtDNA的序列和信息，将个人的mtDNA精确定位到谱系树上，详细列出所有的突变位点。还可以用于计算不同样本之间的分化年代——这对个人研究母系祖源有很重要的意义。 古代样本经常面临DNA降解造成的测试困难，而mtDNA片段短、拷贝数高（一个细胞内就可以多大上千份mtDNA，而Y染色体一般细胞内只有一条）、环状结构相对线性结构更稳定的特性使得它受降解带来的影响更小，因此古代样本的母系类型更容易被检测到。这也是为什么一些古代男性样本却只检测了母系类型的原因。 |
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