DNA-Genealogie



DNA-Forschung


Mütterliche Linie - mtDNA


Erklärung

Als mitochondriale DNA, kurz mtDNA, manchmal auch als Chondriom bezeichnet, wird die zumeist zirkuläre, doppelsträngige DNA im Inneren (Matrix) der Mitochondrien bezeichnet. Die mtDNA wurde 1963 von Margit M. K. Nass und Sylvan Nass mit elektronenmikroskopischen Methoden und 1964 von Ellen Haslbrunner, Hans Tuppy und Gottfried Schatz aufgrund biochemischer Messungen entdeckt.

Die humane mtDNA besteht aus 16.569 Basenpaaren mit 37 Genen (13 mRNAs (codieren für Protein-Untereinheiten der Atmungsketten-Komplexe I, III, IV und V), 22 tRNAs und zwei rRNAs (12S und 16S rRNA)). Die mtDNA besitzt 100–10.000 Kopien pro Zelle mit 10–15 Molekülen pro Mitochondrium.


Eigenschaften

Die mtDNA vielzelliger Organismen ist meist zirkulär organisiert, d. h. sie besteht aus einem, zu einem Ring geschlossenen DNA-Doppelstrang. Nur einfache mehrzellige Organismen wie einige Grünalgen besitzen linear organisierte mtDNA. Auf der mtDNA befinden sich einige, wenn auch nicht alle, Gene für die Enzyme der Atmungskette sowie Gene, die für die Struktur und Reproduktion der Mitochondrien verantwortlich sind.

Die mtDNA ist innerhalb der Matrix in sogenannten Nucleoiden organisiert, einem Zellkernäquivalent, wie es auch bei Prokaryoten zu finden ist. Diese enthalten sowohl die Nukleinsäure als auch Proteine.


Ursprung

Das Vorhandensein einer eigenen DNA ist einzigartig unter den Zellorganellen der Tiere, bei den Pflanzen besitzen die Chloroplasten dieselbe Eigenschaft. Dies ist Ausgangspunkt für die Endosymbiontentheorie, die besagt, dass Mitochondrien und Chloroplasten ursprünglich eigenständige Organismen waren, die im Laufe der Evolution in tierische bzw. pflanzliche Vorläuferzellen inkorporiert wurden und nun bestimmte Aufgaben für diese Zellen übernehmen. Weitere Indizien hierfür sind, dass Mitochondrien in etwa die gleiche Größe wie kleine Bakterien haben, eine zirkuläre DNA besitzen und von zwei Membranen umgeben sind. Auch ist die Proteinsynthesemaschinerie (z. B. Ribosomen) der Mitochondrien der von Prokaryoten sehr ähnlich. Überdies enthält mtDNA, ähnlich wie bakterielle DNA keine Histone und kaum Introns.


Vererbung

I
n der Genealogie und Anthropologie spielt die Vererbung der mtDNA eine große Rolle. Dies hat einerseits damit zu tun, dass Mitochondrien bei vielen Organismen nur maternal, also nur von der Mutter, an die Nachkommen weitergegeben werden. Die Mitochondrien des Spermiums befinden sich in dessen Hals, der nur teilweise an der Verschmelzung des Spermienkopfes mit der Eizelle teilnimmt. Außerdem sendet die Eizelle Stoffe aus, die die Mitochondrien des Spermiums auflösen. Genauer gesagt, sie werden mit Ubiquitin markiert und anschließend abgebaut. Zudem mutiert mtDNA mit einer sehr konstanten Rate, sodass man relativ genau sagen kann, wie nah (zeitlich gesehen) zwei Volksstämme verwandt sind, d. h. wann sich die Vorläufer dieser Stämme trennten. In der Anthropologie konnte so gezeigt werden, dass die amerikanische Urbevölkerung am engsten mit der Urbevölkerung Eurasiens verwandt ist (also von einem gemeinsamen Vorläufer abstammt); außerdem konnten Hypothesen über die Ursprünge des Jetztmenschen (Mitochondriale Eva) bestätigt werden. Das 2005 gestartete Genographic-Projekt, welches Erbgut von Menschen auf allen Kontinenten mit dem Ziel untersucht, genauere Erkenntnisse über die Verwandtschaftsbeziehungen der verschiedenen Bevölkerungen sowie den Ablauf der Besiedlung der Erde durch den Homo sapiens zu gewinnen, macht sich diese Eigenschaften der mtDNA zu Nutze.


Neandertaler-mtDNA

Svante Pääbo gelang es 2008, das mitochondriale Genom eines Neandertalers (Homo neanderthalensis), der vor 38.000 Jahren lebte, vollständig, mit einer bisher nicht erreichten Genauigkeit, zu sequenzieren.



Evolution der mtDNA (Eva's sieben Töchter)

Verbreitung mtDNA

Verbreitungsmuster mtDNA

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