Mitochondrien-DNA

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Was ist die mtDNA

Die mitochondriale DNA, mtDNA, findet sich nicht im Zellkern, sondern in den Mitochondrien, den "Kraftwerken" der Zellen. Die DNA-Moleküle in den Mitochondrien bestehen aus 16569 sogenannten Basenpaaren. Die mtDNA ist ringförmig angeordnet. Bei den Untersuchungen der mtDNA für genealogische Zwecke werden entweder besondere Abschnitte dieses Rings untersucht oder die gesamte mtDNA.

Hierbei wird die mtDNA in drei Abschnitten betrachtet, die beiden sogenannten "hyper-variable regions" HVR1 (Basenpaar 16024-16569) und HVR2 (00001-00576) und die sogenannte "coding region" CR (00577-16023).

Die mtDNA mutiert weniger als die atDNA, weshalb sie über viele Generationen ohne wesentliche Veränderungen sein kann. Entsprechend schwierig ist es auf Basis einer Verwandtschaft über die mtDNA eine Aussage über die Generation zu treffen, wo diese Verwandtschaft auftritt. Auch ist über die mtDNA keine Person eindeutig indentifizierbar, z.B. nicht von ihren Geschwistern unterscheidbar.

Vererbung der mtDNA

Bei der DNA der Mitochondrien ist die Vererbung nicht so einfach wie bei der Y-DNA, insbesondere bei Betrachtung der Nachkommen.

Für den DNA-Genealogen ist es von besonderer Bedeutung zu betrachten, wer in seiner Verwandtschaft oder bei seinen Vorfahren Träger der mtDNA ist. Die mtDNA wird immer von den Müttern auf ihre Kinder vererbt, also auch Söhne erben die mtDNA der Mutter, aber Männer geben die mtDNA nicht an ihre Kinder weiter, weil die Mitochondrien aus den Eizellen der Mütter stammen.

Im Gegensatz zu anderen DNA-Arten gibt die Mutter über ihre Eizelle exakte Kopien ihrer mtDNA ohne Veränderung durch Rekombination weiter.

Geschwister tragen die gleiche mtDNA.

Ein Proband kann folglich davon ausgehen, dass innerhalb seiner rein mütterlichen Linie die Vorfahrinnen die gleiche mtDNA tragen.

Etwas unübersichtlicher ist der Erbgang der mtDNA bei den Nachkommen. Diesen soll die folgende Grafik veranschaulichen:

Beispielsweise endet die Vererbung von Katharinas mtDNA bei Gerhard, weil er als männlicher Nachkomme diese nicht weitervererben kann. Alles seine Töchter und deren Nachkommen tragen die mtDNA nicht. Anders ist es bei den Nachkommen seiner Schwester und seiner Halbschwester. Es spielt hier auch keine Rolle, dass es sich um eine Halbschwester handelt. Nehmen wir an Gerhards Enkelin Ursula würde gern die mtDNA der mütterlichen Linie ihres Großvaters kennen, dann müsste sie zunächst herausfinden, welche Nachkommen ihre Urgroßmutter hatte und wer davon noch lebt und bereit wäre die DNA zu testen.

mtDNA-Tests und deren genealogische Bedeutung

Es ist möglich die drei o.g. Regionen einzeln zu testen oder die gesamte mtDNA.

Die Testergebnisse werden mit einer europäischen Refernzperson der Haplogruppe H2a2a verglichen. Haplogruppen bezeichnen genetisch nah verwandte Erblinien, die über gemeinsame Mutationen festgestellt werden können. Diese unterteilen sich in Untergruppen bis hin zu den sogenannten Haplotypen. Haplogruppenzuordnungen sind bei der yDNA und der mtDNA möglich. Die erwähnte Referenz ist unter dem Namen "Cambridge Reference Sequence" (CRS) bekannt, eine spätere Überarbeitung führte zur reverse CRS (rCRS). Bei den Testergenissen werden die SNPs angeführt, durch die sich die DNA der Testperson von der rCRS unterscheidet. SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) sind Veränderungen einzelner Basenpaare der DNA. Seit 2012 verwendet man zusäztlich eine zweite Referenz, die sogenannte "Reconstructed Sapiens Reference Sequence" (RSRS). Einige Firmen arbeiten mit rCRS, manche mit beiden Referenzen. Das Genogrphic Project vergleicht mit RSRS.

Die gängigsten Testmethoden der mtDNA waren bislang der HVR1-Test oder die Kombination HVR1+HVR2. Angesichts sinkender Preis für die Tests entwickelt sich HVR1+HVR2 zum Standard. Viele [DNA-Genealoge]]n wünschen sich die Untersuchung des gesamten mtDNA-Genoms oder auch Mitogenom genannt, also die gesamte mtDNA, "mtDNA-Full-Sequence". Es werden alle 16569 Basenpaare getestet und alle bislang bekannten Untergruppen der Haplogruppen festgestellt. Sofern nicht die volle Sequenz als Test angeboten wird, müsste man also HVR1+HVR2+CR ordern, um das mtDNA-Genom vollständig zu testen.

Bei voller Übereinstimmung der mtDNA zweier Probanden sollten diese einene gemeinsamen Vorfahren innerhalb der letzten 22 Generationen bzw. rund 550 Jahre haben. Es müssen aber die mtDNA-Genome von Mutter und Kindern oder Geschwistern auch nicht vollständig übereinstimmen. Dies lässt erkennen, wie begrenzt die genealogische Aussagekraft der mtDNA sein kann.

MtDNA-Unterschungen können genealogische Forschungsergebnisse nicht beweisen, aber sie können sie wahrscheinlicher werden lassen oder sie widerlegen.

Hierzu ein Beispiel: Würde der Erik in der Grafik oben im Vergleich zum Willi dort eine wesentlich abweichende mtDNA tragen, dann wäre die Wahrscheinlichkeit gering, dass Willi und Trudemarie leibliche Geschwister wären. Stimmt die mtDNA überein, dann würde das der Erwartung bei einem Test von Neffe und Onkel entsprechen. Stimmt die mtDNA von Erik und Manuela überein, dann erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass Katharina deren gemeinsame Urgroßmutter ist.

Vielen DNA-Genealogen geht es aber bei der Untersuchung der mtDNA nicht unbedingt um solche konkreten genealogischen Fragestellungen, die sich unter Umständen mittels der atDNA oder der yDNA viel besser klären ließen, sondern sie möchten wissen, welchem Teil des sogenannten phylogenetischen Baums (phylogenetic tree) sie zugehören bzw. welcher der oben erwähnten Haplogruppen und Untergruppen. Alle lebenden Menschen stammen hinsichtlich der mtDNA von einer sogenannten "Mitochondrialen Eva" ab. Dies ist die hypothetische Urmutter der mtDNA-Vererbung. Durch die Untersuchung der DNA zahlreicher lebender Menschen lässt sich von ihr ausgehend ein entwicklungsgeschichtlicher Nachkommenbaum aufstellen, der dem Genealogen aufzeigt wie sich seine Untergruppe auf die gemeinsame mtDNA-Vorfahrin zurückführen lässt. Unabhänigig von dem fraglichen genealogischen Nutzen eröffnet dies aber den Genealogen die Möglichkeit Teil der Forschung zu werden, indem sie ihre Ergebnisse Forschungsdatenbanken wie GenBank zur Verfügung stellen. Der akutelle Stand des phylogenetischen Baums kann unter Phylotree eingesehen werden.

Die Vorgehensweise zur Übermittlung der Daten auf GenBank wird beispielsweise hier Logan GenBank auf Englisch erklärt.

Auswertung und Analyse (online) für mtDNA

Mitosearch: Datenbank zum Abgleich von mtDNA-Proben, kostenfrei. Die Datenbank wird von FTDNA betrieben, deren Ergebnisse automatisch übernommen werden können; es können aber auch die Analyseergebnisse beliebiger anderer Labore manuell eingegeben und gespeichert werden. Interessant, um über die Ergebnisse direkt bei FTDNA hinaus nach Parallelen zu suchen.

Haplogrep2: Ein Online-Programm der Universität Innsbruck, um automatisch die Haplogruppe zu einer mtDNA-Probe zu ermitteln (basierend auf Phylotree). Kostenlos, Registrierung nicht notwendig. Über die Dateiformate zum Upload wird auf der Seite informiert. Am einfachsten ist es, die mtDNA-Analyse von FTDNA herunterzuladen (als FASTA-file) und dann bei Haplogrep2 hochzuladen. Es wird genau angezeigt, auf welchen SNP die Bestimmung der Haplogruppe beruht, welche privaten Mutationen vorliegen; deutlich wird auch, dass manche Haplogruppen nur schwer zu unterscheiden sind und mehrere Möglichkeiten bestehen (was bei FTDNA nicht deutlich wird).

EMPOP: Datenbank der Universität Innsbruck mit mtDNA-Profilen aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen; Abgleich möglich.

Anmerkungen

Weitere Informationen zur DNA-Genealogie siehe Portal:DNA-Genealogie