PNAS：線粒體DNA遺傳自父親！不僅是母親！

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作者：Ruthy

導 讀

線粒體是為細胞提供能量（ATP）的細胞器，其攜帶著自己的DNA—mtDNA，這些基因的突變能引起線粒體疾病。長久以來，人們普遍認為孩子的線粒體僅繼承於母親，而父親精子中的線粒體在受精後已經被破壞，因而對線粒體疾病的研究多局限於母系遺傳。近日，辛辛那提兒童醫院醫療中心的研究人員發現公認的mtDNA遺傳規律存在不足，父系mtDNA在少數情況下仍可遺傳後代！換言之，mtDNA遺傳並非母親「特權」，父親也可為子女mtDNA添磚加瓦！

mtDNA遺傳之謎

我們知道，和大多數細胞一樣，精子也包含許多能夠產生能量的線粒體，然而一旦精卵結合，精子的線粒體就會分解，這也是為什麼普遍認為哺乳動物的mtDNA僅來自母體。但是，早在2002年，就有科學家在患有運動不耐受的男性患者中發現來自於雙親的mtDNA。

然而，之後的16年內卻始終未曾發現其他相似病例，這使得科學家認為這類情況可能是由於樣本受污染或錯誤標記，因此對父系mtDNA遺傳以及mtDNA重組可能性的重視度始終不足，而哺乳動物mtDNA是由母系遺傳獲得的，母本會通過隨機漂變或主動選擇將突變的mtDNA傳遞到子代似乎已經蓋棺定論。若真是如此，間或出現的mtDNA異質性「失誤」（即mtDNA突變並不完全來源於母體）是怎麼回事呢？

mtDNA的雙親遺傳

提這項研究前，得先解釋一個詞：mtDNA異質性。當細胞中mtDNA發生突變時，就會出現野生型與突變型mtDNA共存的現象，這種情況被稱為mtDNA異質性。異質性表示一個細胞或組織既含有突變型、又含有野生型線粒體基因組。

mtDNA的雙親遺傳

為什麼要先說這個詞呢？因為研究人員發現1名4歲的被懷疑患有線粒體疾病的男孩存在特殊的mtDNA異質性！該患者的mtDNA並非完全來自母親！研究人員在他的mtDNA中發現了父親mtDNA的蹤跡！

同時，研究人員發現男孩的姐妹們也顯示出相同異質性，使得他們將目光移向了孩子的父輩和祖輩，最終，同名發現孩子母親的mtDNA分別來自她母親和父親，比例大致為60:40！

對該男孩的家族進一步分析後發現，該家族中至少有四個不同世代的成員存在母系和父系mtDNA混合的現象！隨後，研究人員又對另外兩個家族進行了相同的測序分析，結果顯示，在這三個不相關的多代家庭（17個個體）中皆存在mtDNA母系和父系相混的異質性，比例從24%到76%不等。

研究人員推測，這一現象出現的概率或約為1/5000。這些結果表明，雖然mtDNA母系遺傳的中心法則仍然有效，但仍有一些例外情況可以將父系mtDNA傳遞給後代！

一直以來，mtDNA父系遺傳相關的問題爭議頗大，這項研究證實mtDNA雙親遺傳並非是個例，隨著DNA測序技術日益先進，這項成果能幫助我們進一步了解細胞內遺傳物質的信息，也是mtDNA相關疾病研究的新契機。

但是，研究人員也指出，母親可能永遠是孩子線粒體的主要來源。在少數罕見的情況下，或許是破壞父系線粒體的生物系統失效，留下部分父親的線粒體遺傳給後代，這是規則的例外，我們尚不明確這種例外的比例是多少，因此不能妄下定論，還需時間來證明。

參考文獻：

Shiyu Luo,et al.Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans.PNAS December 18, 2018 115 (51) 13039-13044.

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