人类对父亲线粒体DNA认识的三次飞跃

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线粒体结构。图片来源：zmescience

摘要：近日，父亲也可以将线粒体DNA遗传给后代的研究成果发表在著名期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）。至此，人们对精子染色体DNA命运的认识已经经历了三次革命，从最开始说精子线粒体没进入卵子，到进入后被破坏理论，再到父亲线粒体DNA也能遗传给后代，人类对自身的认知一次次被刷新的同时，也越来越清楚地认识线粒体遗传了。下面就来回顾一下这三次精子中线粒体的命运：

一、第一阶段：精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面

必修2↑

到目前为止，咱们的中学课本还是这样描述的：“受精时，通常是精子的头部进入卵细胞，而尾部留在外面”。作为尾的基部的线粒体鞘，自然也只有留在外面观望的份了，不能遗传给后代。这也是目前大多数人对线粒体遗传的认知，即人类线粒体DNA通过母系遗传。

这个理论主要是1980年斯坦福大学医学院的研究团队（国际著名遗传学家、美国科学院院士Douglas C. Wallace是这个研究的负责人）在PNAS上发表的研究成果：“母系遗传论”。

选修3↑

上图来自人教版选修3，从内容来看，尾部是进入卵细胞的，这也许正是从第一阶段往第二阶段过渡的例子。毕竟选修的相关内容写的更专业、更深入、更前沿。

二、第二阶段：受精时，精子的线粒体鞘也进入了卵子，但又被破坏

第二阶段的观点依然是线粒体遗传为母系遗传。只不过是说精子的尾部是进入卵细胞的。以前普遍认为，精子中的线粒体DNA之所以没能遗传下来，是因为在受精时只有精子头部（不含线粒体）进入卵子，而含线粒体的中部（称为线粒体鞘）被排除在外。1996年有两项研究发现这种曾被普遍接受的观点并不准确。在受精时，精子的线粒体鞘也进入了卵子，但是在随后的两次细胞分裂中，精子线粒体消失。所以受精卵中的线粒体完全来自卵子。至于线粒体为何以母系遗传的方式传递，目前比较主流的观点是，精子中的线粒体携带更多的变异，对后代发育不利，因此受精后便被破坏、失活，或被稀释得无影无踪了。不过，精子的线粒体究竟是如何被破坏掉的，目前还不清楚。总之，大家都认为人类的线粒体都是从妈妈那里获取的。

卵细胞受精后，破坏精子中的线粒体

三、第三阶段：父亲也可以把线粒体DNA遗传给后代

从1980年，Douglas C. Wallace等在PNAS上发文证明人类线粒体DNA是严格通过母亲传递给后代，成为大家的共识；直到38年后的今天，华人科学家黄涛生教授团队在PNAS发文，证实父亲也可以把线粒体DNA遗传给后代，人类线粒体遗传才正式进入第三阶段：人类线粒体DNA是双亲遗传。

线粒体是为细胞供应能量的细胞器，线粒体DNA是环形的，不同于染色体DNA。| 图片来源：National Human Genome Research Institute

其实在1983年，Joseph Egger和John Wilson就在《新英格兰医学期刊》上报道过线粒体通过父亲传递给后代的案例。然而，当时Wallace团队的“母系遗传论”获得了广泛的认可，以至于Egger和Wilson不敢相信自己的结论，再加上他们也缺乏有效的手段证明他们的发现，于是他们找了些原因就解释过去了。这不由得让我们想起了囿于定论的沃太默。

线粒体DNA可以通过父亲遗传真正引起学界注意是在2002年。Marianne Schwartz和John Vissing在研究一名28岁男性患者的线粒体疾病时，发现导致这名患肌肉疾病的异常线粒体DNA，居然是从他父亲那里获得的。

这是科学家首次发现线粒体DNA可以从父亲那里传递给后代。不过遗憾的是，在接下来的16年里，再也没有类似的确切报道。以至于很多遗传学家们都认为，2002年那个发现完全就是个偶然事件。直到2018年。

如果不是因为测序技术的进步，以及黄教授团队的胆大心细，我们可能还认为在人类社会线粒体不存在父系遗传。长话短说，2018年黄涛生教授团队在三个独立家庭中证实：之前认为只能通过母亲遗传给后代的线粒体DNA，也可以通过父亲传递给后代。

而且，从他们掌握的数据来看，线粒体DNA通过父亲传递给后代的现象在人群中的发生率约为0.02%。可以说也是比较常见了。

四、意义

这个发现不仅改写了我们对人类遗传学的认知，改写了当前的线粒体遗传法则，改变人类对自身的认识。更重要的是如果更好地了解线粒体是如何传递的，我们就有更好的机会来发展治疗线粒体疾病的方法，这甚至可能促进正常运转的线粒体在受精卵内的繁殖，以取代那些受损的线粒体。为更好地治疗线粒体疾病开辟了新的可能性，给许多正遭受毁灭性折磨的家庭带来希望。

例如，MELAS综合征开始于儿童早期，能导致癫痫发作和痴呆。科恩斯-塞勒综合征（KSS）会引起视力和听力问题，甚至可能导致患者失明和失聪。

线粒体DNA的突变与一些疾病具有密切关系。| 图片来源：Wikipedia

不过，这种现象背后的机制目前还不清楚。黄教授团队认为，这可能与细胞核中的父系线粒体清除相关的基因突变有关。如果线粒体DNA父系遗传背后的机制被揭示，线粒体遗传病的诊断和治疗将是另一番景象。

还有一点值得提及的是，如果这种现象在人类社会广泛存在，那么我们对人类进化和迁徙的认知有可能也会被改写。基于线粒体的母系遗传理论，通过研究不同人群的线粒体DNA，科学家还能够追踪这些群体在世界各地的迁徙，甚至能够确定所有人类可能的共同母系祖先，也就是“线粒体夏娃”。但进一步的研究如果表明父亲的线粒体DNA遗传更为普遍，那么我们对人类迁徙的整体理解可能就需要调整了或者提供新思路。

儿子昨晚送给小编的作品，

小编想知道小家伙是否遗传了我的线粒体，

咋知道？

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嗯，就是她↑