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文献中通常引用的mtDNA突变率大约是核基因组突变率的20倍，这是基于已知分化时间序列之间差异的系统发育推断得出的。在人类和其他物种中，基于系谱的估计值大大高于从系统发育推断的估计值，但基于有限数量的mtDNA传递(范围39-1,526)并且具有相对较宽的置信区间(CIs)。
一种是在高度可变的位点上反复出现的mtDNA突变，这种突变在系谱中可以检测到，但在系统发生学中却没有发现，在系统发生学中，每个分支通常跨越数百或数千代。另一个问题是谱系突变的检测。由于mtDNA是高度多倍体的，每个细胞根据类型有多达数千个拷贝，第一批携带胚系突变的个体的细胞通常是异质的，即包含mtDNA分子的混合物，一些来自突变的mtDNA，其余来自未突变的mtDNA。
模式图（Credit: Cell）
在家谱中检测突变的灵敏度增加导致对突变率的更高估计。这导致了与系统发育推断的突变率的更大差异，因为大多数胚系mtDNA突变在发生后不久就会由于异质性频率的代际漂移而丢失。在这一过程中，一个特别引人注目的事件是所谓的线粒体瓶颈（mitochondrial bottleneck），即传递给卵母细胞的线粒体数量急剧减少。先前的研究，基于对细胞中mtDNA含量的直接测量和跨代突变等位基因频率变化幅度的推断，表明mtDNA分子数量的急剧减少发生在原始生殖细胞的产生过程中。关于瓶颈的大小仍然存在一些不确定性，据估计，从母亲传给孩子的mtDNA分子的有效数量在2到32之间。
这样它们的生理影响就暴露出来并受到选择压力。在系谱中观察到的有害的mtDNA突变，但在系统发生的内部分支中发现的时间太短，这是另一个重要的原因，为什么系谱估计的突变率预计高于系统发生推断。然而，要揭示这种差异，需要在系谱中发现大量的突变。此外，有证据表明在卵母细胞发育过程中存在针对mtDNA突变的选择，这也可以通过在系谱中检测到的大量突变来探索。
基于116,663个mtDNA母婴(M-C)传输，研究人员检测到8,199个单核苷酸突变，在个体位置水平上甚至在同一位置的不同等位基因水平上提供了可靠的家系突变率估计。通过比较功能影响区域的系谱突变率，研究人员能够检查在母亲生殖系和生命早期阶段作用的负选择程度，可能是在许多无法存活的mtDNA变体中发现的。进一步比较谱系率与系统发育学推断的结果揭示了长期负选择去除有害但可存活的mtDNA变体的模式的一些差异。最后，研究人员使用了大量关于突变等位基因在谱系中传播的异质性频率的信息，以提供对线粒体瓶颈有效大小的更精确估计。
责编|探索君
排版|探索君
文章来源|“iNature”
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