mở đầu ‘AUA’ và ‘AUU’ và 2 codon kết thúc 'AGA' và 'AGG', trong khi DNA nhân sử dụng 1 codon mở đầu AUG và 3 codon kết thúc 'UAA', 'UGA' và 'UAG'. Một số các codon cũng mã hóa những acid amin khác nhau như AUA mã hóa cho isoleucin ở nhân nhưng lại xác định methionin ở ty thể. Đặc điểm di truyền hệ gen ty thể Mặc dù có kích thước rất nhỏ (chỉ bằng 0,0005% kích thước bộ gene trong nhân) nhưng hệ gen ty thể có nhiều đặc điểm quan trọng, thuận lợi cho nghiên cứu di truyền quần thể và lịch sử tiến hóa. Đầu tiên, DNA ty thể có đặc tính di truyền theo dòng mẹ, chỉ được truyền từ mẹ sang con [17].
Điều này có thể được giải thích bởi ty thể trong tinh trùng sớm biến mất trong phôi bởi sự phá hủy có chọn lọc, sự bất hoạt, hoặc đơn giản bởi số lượng áp đảo của ty thể của noãn. Như vậy, mtDNA sẽ được kế thừa theo một dòng duy nhất, không có sự tái tổ hợp. Điều này cho phép loại bỏ các ảnh hưởng gây nhiễu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiên cứu lịch sử di truyền theo mẫu hệ. Các đột biến trên DNA ty thể cũng được xác định xảy ra với tốc độ nhanh hơn 5 đến 10 lần so với DNA nhân, khoảng 2% đến 4% trong một triệu năm [18].
Tốc độ đột biến này có thể do sự thiếu sót các cơ chế sửa chữa các sai hỏng DNA như ở nhân của ty thể. Mặt khác, ty thể cũng là nơi diễn ra 9 nhiều quá trình oxy hóa và do đó sản sinh ra nhiều chất oxy hóa mạnh như các gốc tự do, gây tác động và phát sinh các đột biến đến ở hệ gen ty thể. Ngoài ra, trong tế bào cũng có thể chứa hàng trăm đến hàng ngàn ty thể. Do đó, số lượng các phân tử mtDNA trong 1 tế bào lớn gấp nhiều lần so với DNA nhân [19].
Mặt khác, DNA ty thể có kích thước bé, tồn tại ở dạng mạch vòng nên rất bền theo thời gian. Hai đặc điểm làm cho việc phân tích DNA ty thể đặc biệt có ý nghĩa trong việc phân tích các mẫu sinh phẩm cổ hoặc đã xuống cấp, 1. Đặc điểm vùng điều khiển (D-loop) trên ty thể Vùng điều khiển D-loop có kích thước 1121 bp, nằm từ vị trí 16024- 16569/0-576 và nằm giữa hai gene tRNA vận chuyển cho Phenyanalin và Prolin, chiếm 7% tổng lượng DNA ty thể (Hình 1. Vùng này chứa các trình tự khởi đầu cho quá trình tái bản DNA ty thể và chứa các đoạn điều khiển cho quá trình phiên mã của các gen chức năng trong vùng được mã hóa.
Vùng D-Loop ty thể được đặc trưng bởi tỉ lệ xuất hiện các đa hình cao hơn hẳn so với các khu vực khác trên DNA ty thể (khoảng 10 lần) [20, 21]. Điều này có thể được giải thích do các đột biến nằm ở các vùng mã hóa thường chịu ảnh hưởng mạnh của quy luật chọn lọc tự nhiên. Trong khi đó, vùng D-Loop ty thể là vùng không mã hóa, chỉ chịu trách nhiệm điều khiển quá trình tái bản và phiên mã DNA và do đó tích lũy nhiều đột biến hơn. Tuy nhiên, các đột biến này này phân bố không đồng đều trên khắp D-loop và chỉ tập trung chủ yếu ở 2 vùng siêu biến HVS-I (có kích thước 359 bp, nằm ở vị trí 16024 –16365) và HVS-II (kích thước 325 bp, nằm ở vị trí 57 –372) [22].
Hai vùng siêu biến này đã được Greenberg và các cộng sự xác định lần đầu tiên vào năm 1983 [23]. Ngoài ra, trên ty thể còn xuất hiện một vùng siêu biến khác, được gọi là HVS-III với tổng chiều dài 137 bp (438 - 574), chứa nhiều các đoạn trình tự lặp lại 2 nucleotide CA [19]. Cấu trúc vùng điều khiển (D-loop) DNA ty thể. CSB domain (Conserved Sequences Block domain): vùng các khối trình tự bảo thủ liên quan đến quá trình khởi đầu sao chép và phiên mã; Central conserved domain: Vùng trung tâm; ETAS domain (Extended Termination-associated Sequences domain): vùng trình tự liên quan đến kết thúc sao chép.
Cho đến nay, đã có nhiều trình tự hoàn chỉnh vùng D-loop của các dân tộc trên thế giới được công bố trong ngân hàng dữ liệu gen quốc tế về DNA ty thể [24]. Tổng cộng đã có hơn vài nghìn trình tự vùng D-loop được công bố - trong đó có 349 trình tự hoàn chỉnh của hệ gen ty thể người thuộc các chủng tộc khác nhau được nghiên cứu và đăng ký [23]. Số lượng các trình tự D-loop cũng như toàn bộ hệ gen ty thể của các cá thể người thuộc các dân tộc khác nhau trên thế giới được giải mã vẫn tăng lên không ngừng. Tuy nhiên với tần số đột biến cao, nhiều điểm đa hình nên hai vùng siêu biến HVS-I và HVS-II trên DNA ty thể vẫn được tập trung nghiên cứu nhiều hơn, đặc biệt đối với HVS-I.
Các đa hình trên 2 khu vực này được sử dụng trong nghiên cứu với các bệnh di truyền, ung thư hoặc các hội chứng bất thường về cơ, thần kinh. Chúng cũng được sử dụng để xác định cá thể và quan hệ huyết thống, trong giám định hài cốt liệt sỹ, giám định pháp y, điều tra tội phạm. Ngoài ra, các đa hình trên mtDNA cũng được sử dụng trong các nghiên cứu nhân chủng học tiến hóa. Bằng cách sử dụng kết hợp 2 nguồn dữ liệu mtDNA (đặc trưng theo mẫu hệ) và MSY (đặc trưng cho phụ hệ), các nhà khoa học đã mở ra một bức tranh tổng thể về lịch sử tiến hóa của loài người cũng như mối liên hệ giữa các dân tộc trên toàn thế giới.
Tình hình nghiên cứu hệ gen ty thể trên thế giới và ở Việt Nam 1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Hiện nay, phân tích biến thể hệ gen ty thể được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu quan hệ tiến hóa của các cá nhân và quần thể, cả trong phạm vi và giữa các loài. Các nghiên cứu nhân chủng học tiến hóa gần đây về hệ gen ty thể tập trung chủ yếu vào các nhóm đơn bội (haplogroup) ty thể, được xác định dựa trên các nhóm đa hình mtDNA đặc trưng. Dựa trên việc phân loại và sắp xếp các nhóm haplogroup, cây phả hệ tiến hóa và con đường di cư theo DNA ty thể của các nhóm người sẽ được định hình.
Cụ thể, nghiên cứu nhân chủng học phân tử của Li và Durbin năm 2011 cho thấy, người hiện đại bắt đầu xuất hiện ở châu Phi cách đây khoảng 200. Nghiên cứu hoàn chỉnh trình tự hệ gen ty thể đã hỗ trợ cho việc xác định lịch sử nhân chủng học tiến hóa của loài người ở các châu lục trên thế giới. Người châu Phi đặc trưng bởi Macro-haplogroup L và 7 haplogroup (L0, L1, L2, L3, L4, L5 và L6) phân bố khắp các lục địa châu Phi.000 năm trước, haplogroup L3 di cư ra khỏi vùng Đông Phi tới các lục địa châu Á và châu Âu, các vùng rất đa dạng về môi trường, các dân tộc, các nền văn hóa và ngôn ngữ. Hai dòng ADN ty thể M và N xuất hiện từ L3 là tổ tiên của tất cả các dòng ADN ty thể trên lục địa Á, Âu.
Các haplogroup phát sinh từ Macro-haplogroup M xuất hiện tại các lục địa Ấn Độ và Đông Nam Á, điều này chứng tỏ đã có một quá trình thực dân hóa rất nhanh dọc theo bờ biển phía nam châu Á vào khoảng 60. Một sự mở rộng khác của Macro-haplogroup M theo hướng Bắc châu Á vào khoảng 45.000 năm trước đã tạo ra hơn 30 haplogroup khác. Với quần thể người châu Âu, haplogroup L3 và Macro-haplogroup N tạo nên 9 Macro-haplogroup (H, I, J, K, T, U, V, W và X), xuất hiện phổ biến rộng khắp châu lục cách đây khoảng 45.Trong khi với người châu Mỹ, các nghiên cứu nhân chủng học phân tử chỉ ra họ là con cháu của người châu Á, đặc trưng bởi các Macro- haplogroup: A, B, C, D và X vào khoảng 18. Sơ đồ mô tả quá trình di cư của các nhóm đơn bội DNA ty thể người [29] Tại châu Á, Đông Nam Á là vùng rất đa dạng về môi trường, các dân tộc, các nền văn hóa và ngôn ngữ.
Các nhà khoa học hiện đang tập trung nghiên cứu về một sô vấn đề như: các dân tộc cư trú ban đầu ở khu vực Đông Á, hướng di cư giữa Đông Nam Á và Bắc Á, các mối quan hệ di truyền của Đông Á, và tác động di truyền của thực tiễn xã hội khác nhau trên dân cư Đông Á. Những hiểu biết bắt nguồn từ ADN ty thể và/hoặc dữ liệu nhiễm sắc thể Y, nghiên cứu các SNP hoặc nhiều locus dữ liệu trong tái sắp xếp toàn bộ gen, kết hợp với việc sử dụng các mô phỏng, phương pháp dựa trên mô hình để suy ra các thông số về nhân chủng học chắc chắn sẽ cung cấp thêm vào lịch sử dân số của khu vực Đông Á [28, 30]. Tình hình nghiên cứu DNA ty thể tại Việt Nam Trước năm 2003, các nghiên cứu về DNA ty thể nói chung và trình tự vùng D-Loop nói riêng của các dân tộc Việt còn rất ít ỏi. Năm 1999, bằng phương pháp PCR –RFLP và lai phân tử, nhóm các nhà khoa học Pháp kết hợp với trường Đại học Y Hà Nội lần đầu tiên tiến hành nghiên cứu về sự đa hình DNA ty thể của 50 cá thể người Kinh sống tại Hà Nội [31].
Các tác giả đưa ra kết luận ủng hộ giả thuyết cho rằng người Kinh có nguồn gốc kép từ Trung Quốc và các nhóm quần thể Thái –Indonesia [31]. Tiếp đó, nghiên cứu 13 đầu tiên về đoạn HVS-I thuộc vùng D-loop ty thể của 35 cá thể người Việt định cư tại Mỹ đã được Oota công bố vào năm 2002 [32]. Đây là nghiên cứu nằm trong nghiên cứu đánh giá về di truyền quần thể của người Châu Á. Các nghiên cứu này đều sử dụng phương pháp PCR –RFLP để phân tích do đó các kết quả thu được vẫn còn rất nhiều hạn chế.
Từ năm 2004 trở lại đây, số lượng các nghiên cứu về đa hình vùng D- loop ty thể ở các dân tộc Việt đã tăng lên đáng kể. Năm 2005, Huỳnh Thị Thu Huệ đã công bố công trình đầu tiên phân tích trình tự vùng D-loop của 5 cá thể người Việt Nam thuộc 3 dân tộc Kinh, Tày và H’Mông [33]. Năm 2008, Nguyễn Đăng Tôn và các đồng tác giả đã phát hiện 73 đa hình mới xuất hiện khi nghiên cứu khảo sát tần số các nhóm đơn bội (haplogroup) ty thể ở 78 mẫu nghiên cứu các cá thể thuộc 3 dân tộc Kinh, Tày và Mường [4].
