《自然》：母亲总把最好的留给你，但你可能不知道准备得有多早……

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都说母亲总会选择最好的给孩子。顶尖学术期刊《自然》最近上线的一篇论文显示，母亲从卵细胞起就在为将来的孩子这么做了！美国纽约大学医学院和加拿大多伦多大学的科学家们合作，首次通过直接成像技术观察到，母体的生殖细胞会选择那些更好的线粒体传给下一代。

线粒体位于细胞内部，是一种重要的细胞器，因为它们承担着为细胞产生能量的重任。

线粒体也是一种特别的细胞器，因为它们拥有自己的遗传物质（简称mtDNA）。比起细胞核内的基因组DNA，线粒体基因的变异速度要快得多，原因之一在于线粒体生产能量时产生了自由基。随着年龄的增长，线粒体会累积突变。

▲线粒体拥有自己的遗传物质（图片来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/17/Mitochondrial_DNA_lg.jpg）

与细胞核DNA不同，mtDNA完全（或者说几乎完全）由母亲的生殖细胞传给下一代。一些有害的mtDNA突变会导致某些先天性疾病。卵细胞是否会选择更好的线粒体传下去，是科学家们长久以来的一个疑问。

不过，要回答这个问题，遇到的一大挑战是怎么看清线粒体的“好坏”。为此，科学家们首先借助了模式生物果蝇的遗传多样性，得到一种既带有正常“好”mtDNA、又带有突变“坏”mtDNA的杂交果蝇。通过温度的控制，其中的突变mtDNA会降低线粒体的能量代谢水平。

与此同时，研究人员采用了等位基因特异性的荧光原位杂交，在细胞中将正常和突变的mtDNA分别用不同颜色标记出来。

▲在特定温度，当突变mtDNA（紫色）影响到线粒体功能，正常mtDNA（绿色）的比例在果蝇卵巢的生殖细胞中增加（图片来源：《自然》）

这些方法让科学家们得以在动物体内直观看到了雌性生殖细胞对mtDNA的选择。他们观察到， 早在卵子发生的早期阶段，对不同mtDNA的选择就发生了，并且持续到之后的生殖细胞分化过程。

接下来，研究人员探索了对线粒体的选择是怎么实现的。他们发现，一种叫作mitofusin的蛋白起着重要的调节作用。顾名思义，这种蛋白帮助线粒体融合。在一般情况下，线粒体之间通过融合相互连接，共享健康的mtDNA，这样即便有一些线粒体存在突变产生的基因缺陷也可以“滥竽充数”。

然而，在生殖细胞内，mitofusin水平下降，线粒体融合程度降低，相反，更容易分裂成碎片。其中包含突变mtDNA的线粒体产生的能量较弱，更容易被淘汰。

最终，这种选择竞争的结果让那些较低效的“坏”线粒体被清除，而在成熟卵细胞中留下来的“好”线粒体们则可以更有力地支持一个健康的胚胎。

▲本研究通讯作者之一、纽约大学医学院的Ruth Lehmann博士（图片来源：NYU官网）

生殖细胞对线粒体的选择也提示了科学家，或许在其他细胞中通过阻断线粒体融合、促进分裂，可以帮助改善mtDNA变化导致的疾病。就像本次研究的主要作者、HHMI研究员Ruth Lehmann博士说的：“线粒体疾病包括导致肌肉无力的疾病、神经问题和某些形式的糖尿病等，而我们的这些发现有望为线粒体疾病发展新疗法奠定基础。“

参考资料：

[1] Toby Lieber et al., (2019) Mitochondrial fragmentation drives selective removal of deleterious mtDNA in the germline. Nature. DOI: 10.1038/s41586-019-1213-4

[2] How egg cells choose their best powerhouses to pass on. Retrieved May 16, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/nlh-hec051319.php

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