研究人员利用电子显微镜观察一种经常用于基因组学研究的多细胞蠕虫:秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)。他们发现线虫雄性精子在让雌性卵子受精后不久就开启它自身的线粒体DNA“自杀”,而且是在细胞质中的自噬体降解这种DNA之前开启的,其中细胞质中的自噬体似乎作为一种额外的控制手段,确保雄性精子线粒体DNA不会变成受精后的胚胎基因组的一部分。
通过更加深入的研究,他们发现雄性精子线粒体(即父本线粒体)表达一种被称作CPS-6的核酸内切酶G,这种核酸内切酶G摧毁它自身的线粒体DNA。他们也发现这种酶也降解保护这些父本线粒体的内膜,因而破坏它们的内膜完整性,并导致父本线粒体DNA自我降解。
受精后通过两种机制阻止多精进入,一是膜瞬间去极化;二是通过皮层反应,破坏精子受体和形成受精膜。受精后精子的核、中心粒(鞭毛基粒)和线粒体均注入卵中。线粒体之所以表现为母系遗传,是因为受精卵中只有仅母本线粒体可以存活。
思考线粒体为什么基因来自卵子,不如回答为什么线粒体基因不来自精子。
精细胞分化成精子时,线粒体转移到颈部,提供动力,所以线粒体损害很大(保证精子核基因的完整性),如果不完整的线粒体基因进入卵子,被遗传了会怎样?所有有个叫线粒体自噬的机制,在精卵结合的一瞬间,自噬掉线粒体。
先要搞清概念,线粒体相当于一个独立的原核生物(当然更类似于古细菌而不是真细菌)。多样性指的是线粒体总基因池有多少拟种,又不是具体某一个真核细胞里的线粒体有多少种。线粒体本身又不进行真有性生殖,而是二分裂生殖。都来自母体真核细胞对线粒体本身的多样性有什么影响吗?没有。就像你把同一种细菌,在一个培养皿培养,还是分到两个变量控制相同的培养皿培养,并且在传代培养时同时从两个培养皿取菌划在一个新培养皿里,两种方式的不同作为一个独立变量,对这批细菌最终传代后的多样性几乎没有影响。
当然细菌之间还会通过性菌毛交流质粒产生基因交流,但是线粒体相当于“质粒”的结构通过转座转移到了真核细胞的细胞核基因组内,这部分基因直接通过参与真核细胞的有性生殖进行交流。这也就与真核细胞里有几种线粒体没有关系,并且比细菌的性菌毛效率高多了。
最后,对于同一个真核细胞,里面有很多种来源的线粒体真的好吗?
不好,真核细胞不会直接因为有多种线粒体就严重受损,但是也会“很麻烦很累”。同一个细胞内的线粒体类型越稳定越好。不能完全发挥对于真核细胞需要的产生ATP的正常功能的线粒体,乃至于线粒体自己的蛋白酶体系统有基因缺陷会开启真核细胞凋亡通路的线粒体。其生存能力却不一定就比功能正常的线粒体差,仍然可能与功能正常的线粒体竞争,当其繁殖达到某个细胞内总线粒体中的一定比例,就会出现各种疾病,一般的体细胞可以直接凋亡“自杀”,而神经细胞不行,会产生各种线粒体相关轴浆运输障碍型的神经退行性疾病。而真核细胞间交换线粒体+线粒体基因变异,相比于单纯的线粒体基因变异,使具体某个真核细胞获得缺陷线粒体的概率要高的多。





