DNA竟然也能遗传自父亲——这对遗传学意味着什么?

作者: Michael J Porter

来源: The Conversation

发布日期: 2018-11-29

一项新研究证明线粒体可以来自父母双方,颠覆了传统生物学知识,为治疗线粒体疾病带来新希望,并对人类进化研究产生影响。

从刀耕火种时代,到细胞、分子时代,随着科学技术的进步,人类对自己从哪里来的认识不断加深。或许你也在学校学到了一些生物学知识,并据此做出了自己的判断。然而,我们在学校学到的一些东西往往只是简化过的事实,有时甚至不那么正确。比如“人的感官只有五种”,“物质的状态只有固、液、气三种”。

如今,一个新的研究又在这张“不完备的知识”清单中增添了一项,它证明我们细胞的能量来源——线粒体,来自我们的父母双方,而不是像在生物课堂上所学的那样,只来自我们的母亲。

这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究得出结论称,在三个独立的家庭中,父亲精子中的线粒体成功地传递给了几代人。

这颠覆了我们对一个基本“真相”的科学理解,并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。线粒体将我们摄入的糖、脂肪和蛋白质转化为细胞用来为自身提供能量的分子。因此,当线粒体出现差错时,结果往往是灾难性的,它会导致伴随终生的问题,甚至能导致子宫内受影响的胎儿的死亡。

细胞的大多数DNA都包含在细胞核中,但线粒体独立存在于细胞核之外,而且拥有自己的DNA。

人们认为,这是因为线粒体最初是独立的生物体,它们在大约14.5亿年前进入早期细胞内,从此就再也没有离开。线粒体能自我繁殖,并通过在卵细胞中“搭顺风车”而代代相传下去。在受精过程中,父亲的精子将他的DNA转移到卵子中,但精子的线粒体很少或根本不会进入卵子。如果有一些线粒体混进了卵子,那么也会有专门的机制来摧毁它们。

这项新的研究发现,在少数家庭中,那些设法进入了卵子的来自父亲的线粒体并没有遭到破坏,虽然我们目前还不知道原因。还有证据表明,在受精卵发育成胚胎的过程中,这些来自父亲的线粒体的DNA复制,甚至可能比来自母亲的线粒体的DNA复制还要多。

这些发现具有一项非常重大的意义——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。

这项工作可能会影响通过线粒体DNA来研究人类进化和迁移的科学家。随着时间的推移,人类线粒体DNA的变化往往非常小,因为线粒体的微小变化也往往是致命的,因此不会遗传给后代。这意味着,一个人的线粒体DNA很可能与他们的远祖以及同一族群的其他人非常相似。因此,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”。

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