有时，基于常染色体和性染色体的DNA特征分析不能满足实际需要。 例如在尸体高度腐败的情况下，DNA降解很严重，很难得到全部完整的CODISSTR。 这时，使用线粒体DNA做特征分析就能使分析成功。我们知道，一个细胞里有成百上千个线粒体，每个线粒体都有一个环状的DNA，也就是说一个细胞就有成百上千个相同的线粒体DNA。 因此，即使尸体组织腐烂得很厉害，线粒体DNA保持完整的概率还是很高。 在法医学中，线粒体DNA的一定区域被用PCR扩增，以比较不同人的该区域的序列异同，通常是单个碱基的异同。 线粒体DNA总是来自母亲的（叫做“母系遗传”，因为精子不含线粒体DNA），所以可以用母系亲属的线粒体DNA作为对照。 但是，线粒体DNA特征分析也存在一些缺点，需要实验者有一定的研究经验和实验技巧。
线粒体DNA特征分析曾用来判定历史上有名的一宗“真假俄国公主”案件。
俄国十月革命后，末代沙皇尼古拉二世一家人在叶卡捷琳堡被当地人民内务委员会枪毙。 但后来一直有传言说，沙皇一家并没有全部被杀死，还有人活着。 有个叫做安娜·安德逊（Anna Anderson）的女人就声称她是俄国的大公爵夫人安娜斯塔西娅公主。 安娜斯塔西娅是尼古拉二世最小的女儿，一般认为她已经在那次枪毙中被打死了。
1920年开始，安娜住在德国，她曾经进过精神病院。 但几年后，她是俄国沙皇家人的流言在德国传开，有些人为了各种目的（主要是想得到可能存在的、俄国沙皇在俄国境外的遗产），散布她就是安娜斯塔西娅，给她提供生活费和住所等。 她还向德国法院提起过诉讼，要求确认她的身份是俄国公主，但德国法院经过冗长的法律程序后判决她不能证明自己是安娜斯塔西娅。 跟杰斐逊丑闻一样，1956年，这件真假公主事件也被美国电影商搬上了银幕，影星英格丽·褒曼饰演假公主。(www.xing528.com)
40多年后，1968年，安娜移居美国，还和一个弗吉尼亚的大学教授结了婚，这个教授后来被叫做“夏洛特维尔城里最可爱的怪人”。 安娜在1984年去世，她的遗体被火化，但留下了一些头发和医学用的组织标本。
苏联解体后，末代沙皇一家的遗骨在俄国被重新找出，俄国国内外的多家研究机构对这些遗骨做了DNA特征分析，证实了他们的身份。 同样，安娜的组织标本也被找出来做了DNA特征分析，结果发现她的特征和俄国尼古拉二世一家的DNA特征并不符合。 而且，线粒体DNA特征分析指出安娜的特征和一个叫做弗兰齐斯卡·商茨科夫斯卡的波兰女工、精神病病人完全符合。 至此，这件拖延70多年的真假公主之谜才得以水落石出。
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