线粒体(mitochondrion)是真核细胞的能量工厂,具有自我复制、转录和编码的功能,是细胞进行有氧呼吸的主要场所。不同细胞的线粒体数目差别很大,有的细胞含有成百上千个线粒体,而有的细胞只有几个线粒体。通常情况,细胞中线粒体的数目和该细胞的代谢水平呈正相关,代谢活动越旺盛,其线粒体数目就越多。人类线粒体基因组DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)是一个双链闭合环状分子,其全长16,569bp。mtDNA含有编码区和非编码区,其中编码区编码13个蛋白质、2个rRNA和22个tRNA,非编码区含有一些转录调节因子和一个复制起始区。mtDNA编码的蛋白质是呼吸链的主要成分,在氧化磷酸化过程中发挥着至关重要的作用。mtDNA具有高异质性、多拷贝、高进化率、母系遗传等特点,是遗传学、人类进化学和法医学上广泛使用的分子标记。mtDNA突变率高,尽管存在修复系统,但仍然无法抵消线粒体基因组受到的氧化损伤,mtDNA突变会导致线粒体功能异常,许多疾病都和mtDNA突变相关,例如帕金森综合症、阿尔兹海默综合症、糖尿病、精神分裂症和癌症等。近年来,测序技术的飞速发展使得短时间内准确测定mtDNA序列成为可能,人们对mtDNA的特点有了更加深入的认识,线粒体基因组应用范围也随之更加广泛。但目前常用的高通量测序建库过程操作复杂,且研究成本较高。基于多重PCR的测序方法操作简单、所需样本量少,且对样本质量要求不高,因而适用于大规模mtDNA的突变分析。本硕士论文旨在分析已有的研究方法,克服目前mtDNA测序方法的局限性,建立简单、高效、经济且稳定的人类mtDNA高通量测序方法。本研究利用多重PCR的方法扩增了96个中国人的线粒体基因组,短片段扩增产物能完全覆盖mtDNA序列;经过简单高效的纯化处理和连接相应的接头后,直接在Illumina HiSeq X Ten平台上进行高通量测序。研究结果显示,mtDNA序列上的每个碱基的平均测序深度均达到2,000×以上;当测序深度为100×时,所有样本的序列覆盖度都达到100%。本研究最终确立了一个最佳的引物组合和反应体系,成功建立了一个高效、低成本的基于多重PCR的人类mtDNA高通量测序方法。本研究建立的人类mtDNA高通量测序方法可特异性的对亚洲人群进行mtDNA测序,也适用于降解DNA的测序。该方法为mtDNA的研究提供了一个新的研究途径,在复杂遗传病、人类进化和法医学等领域的研究中有着广泛的应用前景。