Science：受精后父系线粒体去哪儿了？

精子与卵细胞结合后，精子的线粒体也进入了卵细胞，但是为什么研究证明线粒体基因组遗传是来自母系的遗传呢，父系的线粒体去哪儿了呢？近期来自日本群马大学分子与细胞调控研究院的两位研究人员发表了题为“Degradation of Paternal Mitochondria by Fertilization-Triggered Autophagy in C. elegans Embryos”的文章，发现这其中的原因原来在于细胞自噬。这一研究成果公布在Science杂志上。

　　

生物通报道：精子与卵细胞结合后，精子的线粒体也进入了卵细胞，但是为什么研究证明线粒体基因组遗传是来自母系的遗传呢，父系的线粒体去哪儿了呢？近期来自日本群马大学分子与细胞调控研究院的两位研究人员发表了题为“Degradation of Paternal Mitochondria by Fertilization-Triggered Autophagy in C. elegans Embryos”的文章，发现这其中的原因原来在于细胞自噬，研究人员提出，来自精子的线粒体在受精后不久就被膜包裹起来，再由酶消化，因此只有卵细胞的线粒体保留下来。这一研究成果公布在Science杂志上。

大多数真核生物细胞都存在线粒体，这一主导能量供应的细胞器也有自己的基因组，能够进行复制，转录和蛋白合成，这一遗传系统不仅与一些疾病，比如帕金森症，神经肌肉变性疾病等有关，而且会影响细胞核遗传体系。但是为什么父系和母系同样有线粒体遗传信息，却只有母系的信息得以遗传呢？

之前科学家们曾经认为精子与卵细胞结合，受精过程中只有精子头部（不含线粒体）进入卵细胞，因此精子中的线粒体遗传信息未能遗传下来，但是1996年的研究却证明精子线粒体也能进入，那么这些进入的线粒体去哪儿了呢？

在这篇文章中，研究人员以模式动物：线虫为研究对象，将线虫精子中的父系线粒体进行染色标记，然后观察受精后的情况，结果他们发现，来自精子的线粒体在受精后不久就被细胞自噬作用给吞噬了，而且研究人员还通过自噬缺陷型线虫进行了进一步验证，他们发现细胞自噬缺陷的受精卵中，父系线粒体和所携带的基因组能被遗传给幼虫。

这些研究数据都证明了自噬作用在父系线粒体消失过程中的重要作用，而且这种自噬作用是由受精过程诱发的，但是为何在受精过程中，受精卵会选择吞噬父系的线粒体，还并不清楚，研究人员推测这可能与能源利用有关。

这项研究有助于科学家们更加深入的了解受精过程，以及遗传信息的分配，而且如上文所述，线粒体基因组与一些疾病，比如帕金森症，神经肌肉变性疾病等有关，因此这项研究也有助于了解这些疾病的病理和治疗。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Degradation of Paternal Mitochondria by Fertilization-Triggered Autophagy in C. elegans Embryos

The mitochondrial genome is believed to be maternally inherited in many eukaryotes. Sperm-derived paternal mitochondria enter the oocyte cytoplasm upon fertilization and then normally disappear during early embryogenesis. However, the mechanism responsible for this clearance has been unknown. Here, we show that autophagy, which delivers cytosolic components to lysosomes for degradation, is required for the elimination of paternal mitochondria in Caenorhabditis elegans. Immediately after fertilization, sperm-derived components trigger the localized induction of autophagy around sperm mitochondria. Autophagosomes engulf paternal mitochondria, resulting in their lysosomal degradation during early embryogenesis. In autophagy-defective zygotes, paternal mitochondria and their genome remain even in the first larval stage. Thus, fertilization-triggered autophagy is required for selective degradation of paternal mitochondria and thereby maternal inheritance of mitochondrial DNA.