线粒体是能产生能量的细胞器，在许多细胞功能中起着至关重要的作用，包括ATP的产生、细胞的稳态和凋亡。核DNA中每个细胞只有两个基因拷贝，不同的是，每个有核细胞中都有数以千计的线粒体DNA(MtDNA)拷贝。一般情况下，个体只携带一个mtDNA基因型(母亲的基因)，而所有线粒体基因组在基因上几乎是相同的(同浆体)。然而，在许多线粒体疾病中，野生型和突变型母体等位基因共存，这被称为异浆体。不同组织间异浆体的程度不同，可能与线粒体疾病的严重程度有关。在该研究中，研究人员发现严格的母系遗传模式有罕见的例外，父系可以对后代的mtDNA作出贡献。

先证者(来自A家庭的IV-2)是一名4岁的男孩，他被怀疑患有线粒体紊乱。其他家庭成员表现出不同的临床症状，但没有怀疑有线粒体紊乱。他的双胞胎妹妹(IV-3)有言语延迟，但在其他方面是健康的，他的祖父(II-4)心脏病发作，但没有其他疾病。他姐姐(IV-1)很健康，而他的母亲(III-6)被诊断为神经病和腿部疼痛，怀疑是由于多发性硬化症，但这也不被认为是由于线粒体紊乱。

亲本mtDNA在家族中的遗传模式

由于先证者被怀疑患有线粒体紊乱，因此进行了完整的mtDNA测序，并与人类线粒体序列参照(NC_012920.1)进行了比对。虽然这一分析没有发现致病或可能的致病突变，但有9个同质变异体，IV-2鉴定出31种异质性变异体。在这31个异质变异体中，先证者的第一次血液样本显示10个变异体的平均异质性水平为29%。由于这种异常高水平的异质性，我们进行了重复测序和新鲜血液取样，以验证我们的发现的真实性，并排除了样本混淆的可能性。重复测序完全证实了初步结果，说明先证者从母亲那里继承了mtDNA异质性模式。

为了进一步探讨A家族III-6中这种独特的异质性模式的起源，研究人员对祖母的mtDNA进行了检测。根据mtDNA变异位点的位置，发现III-6中60%左右异质性的21个变异体都是母系遗传自II-40。而其他10个变异体在40%左右的异质性水平是遗传从她的父亲，通过分析从II-4和II-40到III-6的mtDNA基因型的分离，研究人员首次证明了双亲本mtDNA在人类家系中的传播，导致后代中存在大量的异浆体。

为了证实A家族的发现，研究人员又招募了另外两个家庭(B和C家族)，他们的先证者最初表现出不同的疾病，被怀疑有一定程度的线粒体参与。通过测序发现与A家族相比，B和C家族的mtDNA传递模式非常相似。

最终研究结果表明，虽然母亲遗传mtDNA仍然成立，但也有一些例外情况，即父系mtDNA可以传给后代。阐明这种不寻常的遗传模式的分子机制将为了解mtDNA如何从父母传给后代提供新的见解，甚至可能为治疗致病mtDNA传播开辟新的途径。

参考消息：

https://www.pnas.org/content/115/51/13039.long

https://www.pnas.org/content/116/6/1821

https://www.pnas.org/content/116/30/14797

https://www.pnas.org/content/116/30/14799

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