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线粒体DNA的异质性与检测方法


□ 刘 艳 胡 婧 黄 原

  摘要:线粒体DNA的异质性在生物学、医学、法医、生物技术等领域有重要的应用。本文从自然发生(包括体细胞突变、父系渗入和杂交)和人工产生(包括转基因、细胞融合、核移植和转线粒体)两大方面系统地介绍了线粒体DNA异质性的产生机制及其遗传。并介绍了线粒体DNA异质性的检测方法,已知突变位点mtDNA异质性的检测方法有原位PCR技术、PCR-RFLP和实时荧光定量PCR技术,未知突变位点mtDNA异质性的检测方法有长PCR技术、时相温度梯度凝胶电泳(TIGE)和变性高效液相色谱(DHPLC)等。最后对克隆生物中线粒体异质性检测的应用实例作了介绍。
  关键词:mtDNA;异质性,父系渗入,细胞融合,核移植;转线粒体,检测
  中图分类号:Q953文献标识码:A文章编号:0250-3263(2006)05.120-07
  
  1 线粒体DNA的异质性
  
  一个生物体中一般仅有一个类型的线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)。当不止一种类型的mtDNA在单个个体中存在时称mtDNA的异质性(heteroplasmy),也就是说,同一个体同时存在两种或两种以上类型的mtDNA。并且异质性发生的频率和多态性水平在不同组织和个体中是不同的,在肌肉组织和衰老个体中发生频率较高。
  异质性可分成长度异质性和位点异质性两类。长度异质性(length heteroplasmy)的大多数情形是线粒体基因组的某一段,主要是D环区的串联重复。现存的长度异质性多被认为是中性选择的结果。位点异质性(siteheteroplasmy)表现在一个或多个核苷酸位点上不同的mtDNA,即主要是由于DNA上某个或数个碱基的转换、颠换、插入或缺失等点突变所产生的,引起个体内的mtDNA异质性。异质性点突变的速率是随年龄而增长的,如C-stretch区发生异质性突变的速率就反映此规律。位点异质性极少数是具有病理性的,大多都为中性突变。异质性的细胞在连续分裂过程中会发生遗传漂变,这使得细胞中突变型mtDNA的比例从0%~100%之间变化。
  线粒体DNA的异质性在生物学、医学、法医和生物技术等领域有重要的应用。本文系统地介绍线粒体DNA异质性的产生机制、遗传规律、检测方法及在克隆生物中的应用实例。
  
  2 自然发生的线粒体DNA的异质性及遗传
  
  2.1体细胞突变形成的异质性 个体在生长发育过程中,体细胞中的mtDNA会发生突变,由此引起个体不同组织或细胞的线粒体具有异质性。mtDNA缺乏组蛋白保护,与氧化磷酸化场所(线粒体内膜)相距甚近,较易受自由基攻击,氧化损伤从而引起突变;复制快速且无校读功能以及缺乏有效的DNA修复机制,因而具有较高的复制错误率及较低的修复能力,所以其突变率是核DNA的10~20倍,其相应的进化速度比核DNA快5~10倍。因此,随着时间的推移,同一个体发生部分突变的mtDNA不断复制,进而形成了具有异质性的细胞亚群。 ......
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摘自:动物学杂志
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