最近,，清華大學(xué)薛定教授和香港中文大學(xué)姜秉昊教授的聯(lián)合課題組在線粒體遺傳領(lǐng)域取得重要突破。他們以線蟲(chóng)為模式生物發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)父系線粒體選擇性清除的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制,，即線粒體分裂和融合之間的平衡,。這一成果發(fā)表在近期的nature子刊《nature communications》上。

眾所周知,，線粒體在哺乳動(dòng)物中是遵循母系遺傳規(guī)律的,，即個(gè)體的線粒體dna只能從母親那里遺傳而來(lái)。在受精卵發(fā)育的過(guò)程中,，來(lái)自卵子的線粒體會(huì)得以保留并繼續(xù)擴(kuò)增,，而來(lái)自精子的線粒體則會(huì)逐步消亡。自噬過(guò)程——這一細(xì)胞通過(guò)形成雙層膜的自噬小體以清除衰老,、損壞或多余細(xì)胞組分的機(jī)制——被認(rèn)為參與了上述受精卵中父系線粒體的選擇性清除,。受精卵究竟是怎樣將父系和母系的線粒體區(qū)分開(kāi)，并將其中一種清除的呢,？

我們知道,，精子（父系）線粒體和卵子（母系）線粒體之間在形態(tài)上有著明顯差別：精子染色體呈球狀；而卵子染色體呈通常的管狀,。這一差別為觀察二者在胚胎中的動(dòng)態(tài)提供了有利條件,。

研究者首先發(fā)現(xiàn)，發(fā)生于drp-1基因的tm1108突變和fzo-1基因的tm1133突變,，可分別導(dǎo)致胚胎中線粒體分裂和融合缺陷,，分別導(dǎo)致產(chǎn)生超長(zhǎng)多分枝和過(guò)度碎片化的線粒體形態(tài),。然而，這兩種突變的效應(yīng)并不止于線粒體的分裂和融合,。正常情況下,，野生型胚胎到了64細(xì)胞階段時(shí)，父系線粒體就已被完全清除,。然而,，當(dāng)將tm1108突變的精子和卵子雜交后，所產(chǎn)生的胚胎中父系線粒體的清除被顯著延遲,，直到胚胎發(fā)育到具有500個(gè)左右細(xì)胞時(shí)才可完成,。同時(shí)，若野生型卵子與tm1108突變精子雜交,，父系線粒體的清除也會(huì)受到類(lèi)似的延遲影響,。相反地，在tm1108突變卵子和野生型精子產(chǎn)生的胚胎中,，父系線粒體的清除幾乎仍照常進(jìn)行,。這說(shuō)明，精子——而非卵子——中的線粒體分裂機(jī)制可能影響到胚胎中父系線粒體的選擇性清除,。

tm1133突變對(duì)于父系線粒體選擇性清除的影響則更為微妙,。當(dāng)野生型卵子遇到tm1133突變精子時(shí)，胚胎中父系線粒體的清除過(guò)程稍有加快,，在32細(xì)胞階段完成,；當(dāng)tm1133突變卵子遇到野生型精子時(shí)，父系線粒體的清除過(guò)程則被明顯延遲,，直到500個(gè)左右細(xì)胞的階段才完成,；而當(dāng)精子和卵子均攜帶tm1133突變時(shí)，前述兩種方向相反的效應(yīng)則相互抵消,，胚胎中父系線粒體的清除過(guò)程照常進(jìn)行,，仍會(huì)在64細(xì)胞階段完結(jié)。類(lèi)似地,，卵子中的tm1108突變也可抵消tm1133突變所帶來(lái)的線粒體碎片化和清除延遲效應(yīng)：當(dāng)tm1108和tm1133雙突變卵子與野生型精子雜交后,，胚胎中的線粒體形態(tài)和父系線粒體清除過(guò)程一切如常。

那么,，這兩種突變究竟是如何影響胚胎中的線粒體形態(tài)和選擇性清除的呢,？在正常情況下,，精子線粒體主要位于精子進(jìn)入受精卵的近細(xì)胞表面處,，這時(shí)會(huì)有大量的自噬小體聚集此處，以將精子線粒體逐步清除,。然而,，在tm1133突變卵子與野生型精子產(chǎn)生的受精卵中,，自噬小體則會(huì)分散在整個(gè)細(xì)胞，這很可能是因?yàn)閠m1133突變導(dǎo)致的卵子線粒體高度片段化極大了吸引了自噬小體的“注意力”,，從而使后者無(wú)法集中精力清除精子線粒體,。另一方面，卵子中的tm1108突變則可逆轉(zhuǎn)上述過(guò)程,。這說(shuō)明,，fzo-1基因可通過(guò)影響卵子線粒體的形態(tài)特征，決定了受精卵中自噬小體的分布,，從而改變了精子線粒體的清除速率,。

事實(shí)上，當(dāng)精子線粒體進(jìn)入卵子后,，其線粒體膜上的通透性立即加大,，跨膜電位會(huì)迅速消失，同時(shí)線粒體嵴的結(jié)構(gòu)也很快解體,，而上述變化則會(huì)吸引受精卵中的自噬小體前來(lái)將其清除,。另一方面，tm1133突變存在時(shí),，卵子線粒體也會(huì)因分裂過(guò)度而出現(xiàn)異常,，包括跨膜電位下降、線粒體嵴結(jié)構(gòu)破壞和基質(zhì)中大型內(nèi)含體的形成,，導(dǎo)致一部分吞噬小體前來(lái)聚集,，因此與精子線粒體在“爭(zhēng)取”吞噬小體上產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，延緩了精子線粒體的選擇性清除進(jìn)程,。這時(shí),，如果精子線粒體因帶有tm1108突變而出現(xiàn)分裂頻次下降時(shí)，其在胚胎中的清除過(guò)程則會(huì)被進(jìn)一步延緩,。

謎底就這樣的揭開(kāi)了,。原來(lái)，胚胎中的父系線粒體之所以被識(shí)別并清除,，在于線粒體本身的狀態(tài),，即是否處于可被自噬小體識(shí)別的異常狀態(tài)，而這種異常狀態(tài)并非只能出現(xiàn)于父系線粒體,。線粒體越是過(guò)度分裂,，其異常則越明顯，從而越容易吸引來(lái)吞噬小體將其清除,。反之,，線粒體越是傾向于融合，則其越難以被自噬小體清除,。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了線粒體母系遺傳這十分根本的生物學(xué)現(xiàn)象背后的發(fā)生機(jī)制,，顯示了線粒體動(dòng)態(tài)對(duì)于其早期胚胎中的清除速率和選擇性的決定作用,。