华人学者颠覆当前的线粒体起源理论

　　

生物通报道：最近，弗吉尼亚大学研究人员开展的一项最新研究，使用新一代DNA测序技术，解码了18种线粒体近缘细菌的基因组，表明寄生菌是给细胞供给能量的线粒体的第一代表亲，在它们变成有益之前，首先充当这些细胞中的能量寄生虫。

相关研究发表在本周的《PLOS One》杂志。本研究对“简单细菌细胞如何被宿主细胞吞噬并最终成为线粒体”的两种流行理论，提供了另一种理论。线粒体是几乎所有真核细胞——含有细胞核和其他特征的动物和植物细胞——中的“动力”细胞器。线粒体通过为细胞提供三磷酸腺苷（ATP），供以细胞动力，被生物学家认为是生命的能量货币。

线粒体的起源开始于大约20亿年前，在生命进化史上是一个开创性事件。然而，我们对其起源的情况还知之甚少，这个问题在当代生物学中还是一个谜。

本文第一作者、弗吉尼亚大学生物学家Martin Wu指出：“我们认为，这项研究可能已经改变了我们思考引起线粒体的事件。我们说，当前的理论——声称共生关系最初阶段的细菌和宿主细胞之间关系是有益的——很可能是错误的。”Wu教授1992年毕业于武汉大学生物学专业，在美国约翰霍普金斯大学获博士学位，目前为弗吉尼亚大学生物系助理教授。

他说：“相反，我们认为这种关系可能是敌对的——细菌是寄生的，而后才通过转换ATP运输的方向，变得对宿主细胞有益。”

Wu说，这一发现对于地球早期生命史中的一个事件提供了新的见解，该事件最终导致了我们今天看到的不同真核生物。如果线粒体不能为其他细胞提供能量，它们可能就不会进化出如此惊人的生物多样性。

Wu指出：“通过测定线粒体近缘细菌的DNAs，我们重构了线粒体祖先的基因内容，我们预测它是一种寄生虫，盗取其宿主的能量（以ATP的形式），这与线粒体当前理论所认为的作用完全相反。”

在这项研究中，Wu还确定了起源于线粒体的许多人类基因，这些基因的识别，有可能帮助我们理解人类线粒体功能障碍的遗传基础，这些障碍可能会导致多种疾病，包括阿尔茨海默氏病、帕金森氏症和糖尿病，以及衰老相关的疾病。

线粒体除了在细胞功能中发挥基本必要的作用以外，其DNA也被科学家用于DNA取证、系谱学和跟踪人类进化史。

（生物通：王英）

延伸阅读：PNAS：线粒体在神经退行性疾病中的作用

生物通推荐原文摘要：
Phylogenomic Reconstruction Indicates Mitochondrial Ancestor Was an Energy Parasite
Abstract: Reconstruction of mitochondrial ancestor has great impact on our understanding of the origin of mitochondria. Previous studies have largely focused on reconstructing the last common ancestor of all contemporary mitochondria (proto-mitochondria), but not on the more informative pre-mitochondria (the last common ancestor of mitochondria and their alphaproteobacterial sister clade). Using a phylogenomic approach and leveraging on the increased taxonomic sampling of alphaproteobacterial and eukaryotic genomes, we reconstructed the metabolisms of both proto-mitochondria and pre-mitochondria. Our reconstruction depicts a more streamlined proto-mitochondrion than these predicted by previous studies, and revealed several novel insights into the mitochondria-derived eukaryotic metabolisms including the lipid metabolism. Most strikingly, pre-mitochondrion was predicted to possess a plastid/parasite type of ATP/ADP translocase that imports ATP from the host, which posits pre-mitochondrion as an energy parasite that directly contrasts with the current role of mitochondria as the cell’s energy producer. In addition, pre-mitochondrion was predicted to encode a large number of flagellar genes and several cytochrome oxidases functioning under low oxygen level, strongly supporting the previous finding that the mitochondrial ancestor was likely motile and capable of oxidative phosphorylation under microoxic condition.