Why are mtDNA sequences used rather than autosomal DNA sequences?

The mitochondrial genome presents a plethora of distinctive features, including high variabilities, swift evolution, and a complete lack of recombination. The mitochondrial genome is relatively diminutive, and the mutation rate of mitochondrial DNA usually exceeds that of chromosomal DNA throughout evolution. In multicellular organisms, each cell typically contains multiple mitochondria, usually outnumbering the cell nuclei. Consequently, compared to nuclear DNA, mitochondrial DNA extraction from samples is considerably more feasible, providing an amplifiable amount of DNA for further analysis. Furthermore, the mitochondrial genome plays a pivotal role in certain hereditary diseases.

Does whole genome sequencing include mitochondrial DNA?

Whole-genome sequencing typically encompasses mitochondrial DNA (mtDNA). Despite notable differences from nuclear DNA, such as its smaller size and lack of recombination, mtDNA is commonly considered as part of whole-genome sequencing. Researchers employ specific sequencing methods and technologies during whole-genome sequencing to ensure the integrity and coverage of mtDNA.

What are the challenges associated with mtDNA sequencing

Firstly, the abundance of mitochondrial DNA within cells can potentially lead to contamination issues. This is further compounded by the presence of heteroplasmy, where multiple variants of mitochondrial DNA coexist within a single individual, adding complexity to data analysis. In addition, the rapid evolution of mitochondrial DNA can render sequence alignments challenging across different species.

Is the sample for human mitochondrial capture sequencing DNA or mtDNA?

The sequencing technique of human mitochondrial capture employs probes specifically targeting mitochondria, thereby obviating the need for isolating mtDNA. Consequently, the process can be facilitated merely with the provision of blood or DNA samples.

Mitochondriale DNA (mtDNA) Sequenzierung

Verfügbar sowohl auf Illumina als auch auf PacBio Plattformen, CD Genomics bietet die genaue und erschwingliche Lösung für die Sequenzierung von mitochondrialer DNA, die Sie suchen.

Einführung in die mtDNA-Sequenzierung

Mitochondriale DNA (mtDNA) ist ein kompaktes, doppelsträngiges, zirkuläres Genom von 16.569 bp mit einer cytosinreichen leichten (L) Kette und einer guaninreichen schweren (H) Kette. Mitochondrien spielen eine sehr wichtige Rolle in wesentlichen zellulären Funktionen. Neben der Produktion von über 90 % der von einer Zelle benötigten Energie erzeugen Mitochondrien auch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und sind an Apoptose sowie anderen wichtigen zellulären Funktionen beteiligt. Das mutierte mtDNA und der Wildtyp können als Heteroplasmie koexistieren und menschliche Krankheiten verursachen, einschließlich Krebs, Herzkrankheiten, Diabetes, Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Krankheit und Bluthochdruck. Da es erhebliche klinische Variabilität zwischen mitochondrialen Erkrankungen gibt und viele Patienten Phänotypen aufweisen, die sich mit anderen Krankheiten überschneiden, kann die Diagnose oft nur durch die Identifizierung einer pathogenen mtDNA-Variante mittels molekulargenetischer Tests von aus einer Blutprobe extrahierter DNA bestätigt werden. Die Sequenzierung der mitochondrialen DNA ist ein nützliches Werkzeug für Forscher, um menschliche Krankheiten zu studieren, und kann auch in der Populationsgenetik und bei Bewertungen der biologischen Vielfalt eingesetzt werden.

Die Sequenzierung von mitochondrialer DNA ist sowohl auf Illuminas MiSeq als auch auf dem PacBio Sequel System verfügbar. Die Next-Generation-Sequenzierung (NGS) von Illumina hat das Potenzial, die mtDNA-Analyse zu revolutionieren. Nutzen Sie die Vorteile von PacBioIn langen Berichten präsentiert CD Genomics amplifikationsfreie, vollständige Sequenzierung von linearisiertem mtDNA. Die vollständige Sequenzierung ermöglicht die Phasierung von Varianten entlang des gesamten mitochondrialen Genoms, die Identifizierung von heteroplasmatischen Varianten und die Erkennung von epigenetischen Modifikationen, die bei ampliconbasierten Methoden verloren gehen.

Vorteile unseres mtDNA-Sequenzierungsdienstes

Erfassungs-effizienz und hohe Abdeckung, 100% Amplicon-Abdeckung aller Regionen des mitochondrialen Genoms
Höchste Genauigkeit bei der Erkennung seltener Varianten in mtDNA
Neue bioinformatische Analyseprogramme und -pipelines
Erfahrenes Personal

Anwendung der mtDNA-Sequenzierung

Analyse von mitochondrialen Erkrankungen
Forschung zur Artenentwicklung
Systematik und evolutionäre Biologie Forschung
Populationsgenetik und Forschung zur Erhaltungsbiologie
Forschung zur menschlichen Genetik
Umweltbelastung und Toxikologieforschung

mtDNA-Sequenzierungs-Workflow

Analysis results of integrated ATAC-seq and RNA-seq results.

Dienstspezifikationen

	Musteranforderungen Genomisches DNA ≥ 0,4 µg, Konzentration ≥ 20 ng/µl OD260/280=1,8-2,0
	Sequenzierung Illumina-Plattform: Bibliotheksgröße: 180-220 bp, PE 150, 1G PacBio-Plattform: Bibliotheksgröße: 2 K, 1 G MGI DNBSEQ-T7/DNBSEQ-G400
	Datenanalyse Datenqualitätskontrolle Referenzgenom-Kartierung SNP/InDel-Erkennung, Annotation, Statistiken mtDNA-Heteroplasmieerkennung, Annotation, Statistiken mtDNA Cricoc-Karte …und mehr

Analyse-Pipeline

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Liefergegenstände

Die ursprünglichen Sequenzierungsdaten
Experimentelle Ergebnisse
Datenanalysebericht
Details in mtDNA-Sequenzierung für Ihr Schreiben (Anpassung)

CD Genomics bietet kosteneffiziente Strategien für die Sequenzierung von mitochondrialer DNA an. Diese umfassen die Vorbereitung, Sequenzierung und eingehende Analyse der vollständigen mitochondrialen DNA (mtDNA) Genomsequenzen, die aus reinen und intakten DNA-Proben gewonnen werden. Unser Fachwissen ermöglicht eine außergewöhnliche Sensitivität, Spezifität und Genauigkeit bei der Identifizierung von mtDNA-Mutationen und der Bewertung von Heteroplasmiestufen. Für weitere Informationen und ein umfassendes Angebot zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren.

Referenz:

Yao Y, Nishimura M, Murayama K, et al. Eine einfache Methode zur Sequenzierung des gesamten menschlichen mitochondrialen Genoms direkt aus Proben und ihre Anwendung in der genetischen Testung. Wissenschaftliche Berichte, 2019, 9(1): 17411.

Demonstrationsergebnisse

Mapping and coverage results of mtDNA sequencing, as well as the display of mtDNA pathological profiles. Kartierung und Abdeckungsergebnisse der mtDNA-Sequenzierung sowie die Darstellung von mtDNA-pathologischen Profilen. (Yao et al., 2019)

Häufig gestellte Fragen zu mitochondrialer DNA (mtDNA) Sequenzierung

1. Warum werden mtDNA-Sequenzen anstelle von autosomalen DNA-Sequenzen verwendet?

Das mitochondriale Genom weist eine Vielzahl von charakteristischen Merkmalen auf, darunter hohe Variabilität, schnelle Evolution und ein vollständiges Fehlen von Rekombination. Das mitochondriale Genom ist relativ klein, und die Mutationsrate der mitochondrialen DNA übersteigt in der Regel die der chromosomalen DNA im Verlauf der Evolution. In mehrzelligen Organismen enthält jede Zelle typischerweise mehrere Mitochondrien, die in der Regel die Zellkerne überzahlen. Folglich ist die Extraktion mitochondrialer DNA aus Proben im Vergleich zur nukleären DNA erheblich einfacher, was eine amplifizierbare Menge an DNA für weitere Analysen bereitstellt. Darüber hinaus spielt das mitochondriale Genom eine entscheidende Rolle bei bestimmten erblichen Krankheiten.

2. Beinhaltet die Ganzgenomsequenzierung mitochondrialer DNA?

Whole-Genome-Sequenzierung typischerweise umfasst mitochondrialer DNA (mtDNA). Trotz bemerkenswerter Unterschiede zur nukleären DNA, wie ihrer kleineren Größe und dem Fehlen von Rekombination, wird mtDNA häufig als Teil der Ganzgenomsequenzierung betrachtet. Forscher verwenden spezifische Sequierungsmethoden und -technologien während der Ganzgenomsequenzierung, um die Integrität und Abdeckung von mtDNA sicherzustellen.

3. Welche Herausforderungen sind mit der mtDNA-Sequenzierung verbunden?

Zunächst kann die Fülle von mitochondrialer DNA innerhalb von Zellen potenziell zu Kontaminationsproblemen führen. Dies wird durch das Vorhandensein von Heteroplasmie weiter verstärkt, bei der mehrere Varianten mitochondrialer DNA innerhalb eines einzelnen Individuums koexistieren, was die Datenanalyse kompliziert. Darüber hinaus kann die schnelle Evolution mitochondrialer DNA die Sequenzanpassungen über verschiedene Arten hinweg erschweren.

4. Ist die Probe für die mitochondrialen Fangsequenzierung des Menschen DNA oder mtDNA?

Der Sequenzierungstechnik der menschlichen Mitochondrien Die Erfassung verwendet Sonden, die speziell auf Mitochondrien abzielen, wodurch die Notwendigkeit entfällt, mtDNA zu isolieren. Folglich kann der Prozess lediglich mit der Bereitstellung von Blut- oder DNA-Proben erleichtert werden.

Mitochondriale DNA (mtDNA) Sequenz Fallstudien

Genetische Kontrolle über mtDNA und ihre Beziehung zur Major Depression Erkrankung

Journal: Aktuelle Biologie
Impact Faktor: 9,494
Veröffentlicht: 21. Dezember 2015

Hintergründe

Frühere Studien haben gezeigt, dass die Menge an mitochondrialer DNA (mtDNA) Veränderungen als Reaktion auf externe Stressoren erfährt, was auf eine potenzielle Korrelation mit stressassoziierten Störungen wie Stimmungserkrankungen hindeutet. Um die genetischen Regulationsmechanismen von mtDNA und deren Verbindung zu Stimmungserkrankungen zu untersuchen, führten wir eine Analyse unter Verwendung der Daten zur Ganzgenomsequenzierung mit niedriger Abdeckung von 10.442 chinesischen Han-Frauen mit Stimmungserkrankungen durch. Dies wurde durchgeführt, um eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) zu den mtDNA-Spiegeln durchzuführen.

Methoden

Probenvorbereitung:

Speichelproben
DNA-Extraktion

Sequenzierung:

Mitochondriale DNA (mtDNA) Sequenzierung
Whole-Genome-Sequenzierung
Illumina Hiseq

Datenanalyse:

Schätzung der mtDNA-Kopienzahl
Linkage-Disequilibrium-angepasste Verwandtschaft
GWAS Verwendung eines linearen gemischten Modells
Schätzung der genetischen Korrelation zwischen der Menge an mtDNA und Stimmungserkrankungen
Homoplasmatische und heteroplasmatische Varianten in der mtDNA

Ergebnisse

Diese Studie nutzt Sequenzdaten mit niedriger Abdeckung von 10.442 chinesischen Frauen, um die standardisierte Leseanzahl, die auf das mitochondriale Genom abgebildet ist, als Proxy für die mtDNA-Menge zu berechnen. Zwei Loci, die zu den mtDNA-Spiegeln beitragen, wurden identifiziert: einer im TFAM-Gen auf Chromosom 10 und der andere im CDK6-Gen auf Chromosom 7. Diese Genloci replizieren innerhalb eines unabhängigen Arrays. CDK6 tritt als neues Molekül auf, das an der Kontrolle der mtDNA beteiligt ist. Die Inzidenz von Heteroplasmie ist bei Frauen mit Stimmungserkrankungen erhöht, und dieser Anstieg könnte durch Stress induziert werden, wie in einem experimentellen Paradigma mit Mäusen gezeigt wurde. Darüber hinaus korreliert mindestens eine heteroplasmische Variante signifikant mit Schwankungen in der mtDNA-Menge. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl die Kopienanzahl als auch die Sequenzen des mitochondrialen Genoms eine entscheidende Rolle in der Stressreaktion eines Organismus spielen.

FIGURE 1. Abbildung 1. Zwei Loci, die mit mtDNA assoziiert sind.

FIGURE 2. Abbildung 2. Heteroplasmie-Zählungen in gestressten und Kontrollmäusen.

Fazit

Die Ergebnisse dieser Forschung zeigen, dass Loci in der Nähe von TFAM und CDK6 Variationen in der mtDNA-Menge hervorrufen können. Besonders in schweren Fällen von Depression wurden Mutationen beobachtet, die sich in der mitochondrialen DNA ansammeln. Experimente mit Tiermodellen haben die Induktion von Heterogenität aufgrund von chronischem Stress gezeigt. Signifikant ist, dass die Menge an mtDNA mit loci-spezifischer Heterogenität assoziiert ist.