為何線粒體DNA只遺傳自母親？

人類及大多數(shù)動物有一個進化特征：線粒體DNA的單親遺傳，也就是說，他們完全從母親那里繼承線粒體DNA（mtDNA）。既然精子也有線粒體，那么它們?yōu)槭裁床粋鬟f給后代呢？

托馬斯杰斐遜大學領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊近日在《Nature Genetics》雜志上發(fā)表研究，回答了這個問題。經(jīng)過幾年的研究，他們證明精子中沒有完整的線粒體DNA，此外，精子的線粒體也缺乏線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（TFAM），而它是人類線粒體DNA復(fù)制所必需的。

巴塞羅那生物醫(yī)學研究所的Ramon Trullas解釋說：“在包括人類在內(nèi)的多個物種中，精子線粒體在受精過程中被引入卵子，因此現(xiàn)有的假設(shè)之一是線粒體DNA確實到達了卵母細胞，但在受精過程中被清除了。”不過，父系mtDNA清除的具體機制還不清楚。

為了弄清精子是否含有線粒體DNA，研究人員開發(fā)出一種數(shù)字PCR技術(shù)，這種技術(shù)的準確性比傳統(tǒng)的PCR技術(shù)更高，而且可以對同一樣本中不同細胞類型的DNA進行絕對定量。他們對來自美國俄勒岡州診所的樣本進行了分析。

結(jié)果表明，精子中沒有一個完整的線粒體DNA分子，而且發(fā)現(xiàn)的殘留線粒體DNA可能根本不屬于它們。“每個精子細胞含有50到70個線粒體，相當于每個線粒體只有不到0.01個線粒體DNA分子。雖然極低，但這個數(shù)字可能解釋了來自污染細胞（即白細胞）的背景線粒體DNA，”作者在論文中解釋道。

研究人員發(fā)現(xiàn)，精子線粒體中DNA的缺失主要是由于轉(zhuǎn)錄因子TFAM的重新定位，TFAM是滲透到線粒體以復(fù)制線粒體DNA的重要分子。在精子發(fā)生過程中，精子修改TFAM的線粒體定位信號，不允許其進入線粒體，而是將其引導(dǎo)到精子核，從而阻止線粒體DNA的復(fù)制。

“我們的工作表明，精子發(fā)生過程中對TFAM的修飾導(dǎo)致父系線粒體DNA的清除，并解釋了線粒體DNA母系遺傳的原因。這是一個迷人的過程，也是進化的產(chǎn)物，阻止了父系DNA的遺傳，” Ramon Trullas補充說。

TFAM重新定位的發(fā)現(xiàn)對于人類生育和生殖細胞治療領(lǐng)域具有重要意義，因為它可以解釋一些少精子癥和少弱精子癥病例，這些疾病會影響精子數(shù)量和活力，導(dǎo)致男性不育。研究人員稱，事實上，在患有嚴重少弱精子癥的不育男性的精子中，已發(fā)現(xiàn)線粒體DNA水平升高。

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