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【学术前沿】JMCB | 符传孩课题组发现裂殖酵母线粒体在减数分裂过程中的双亲渐进式混合遗传模式

2023-01-17 17:00

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

以下文章来源于JMCB科学前沿，作者符传孩课题组

JMCB科学前沿.

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减数分裂是真核生物不同于原核生物的重要特征之一。哺乳动物细胞线粒体在有性生殖过程中主要发生母系单亲遗传。然而，真菌中的线粒体在双亲遗传物质重组的减数分裂过程可发生单亲或双亲遗传【1】。在许多子囊菌和担子菌中都能观察到线粒体的单亲遗传。

裂殖酵母是细胞生物学的重要真核模式生物之一，其线粒体在减数分裂过程中的遗传模式仍然不甚清楚。早年的线粒体遗传学分析实验推测裂殖酵母线粒体在减数分裂过程中可能发生双亲遗传。实际上，近期Kamrad的线粒体基因组测序分析实验表明经由减数分裂过程产生的配子中含有来自双亲的线粒体，提示了裂殖酵母线粒体可能发生双亲遗传【2】。然而，近期Chacko的研究提出裂殖酵母线粒体的单亲遗传模型【3】。由此可见，准确解析裂殖酵母线粒体在减数分裂过程中的遗传模式和调控机制仍然是线粒体生物学领域待解决的重要科学问题。

近日，来自中国科学技术大学生命科学学院符传孩团队在Journal of Molecular Cell Biology (JMCB) 在线发表了题为“Fission yeast cells mix parental mitochondria in a progressive manner during meiosis”的研究成果，揭示了裂殖酵母在减数分裂过程中线粒体的双亲遗传模式。

作者在两种相反交配型的裂殖酵母菌株细胞中，用不同荧光蛋白（GFP和mCherry）标记并在本底水平表达线粒体蛋白Sdh2，接着利用转盘激光共聚焦显微镜观察合子中来自双亲本的线粒体动态变化。统计分析结果表明来自双亲本的线粒体在合子减数分裂过程中发生渐进式混合（图一）。

图一：裂殖酵母线粒体在减数分裂过程中

发生渐进式融合

首先，作者发现野生型裂殖酵母细胞的线粒体在减数分裂过程中（前期，减数分裂I期，减数分裂II期和子囊期）来自两个亲本的线粒体呈渐进式混合的特点（图一）。其次，通过观察单基因缺失突变体合子中双亲线粒体的混合，作者发现减数分裂早期细胞核在合子中的快速摆动并不影响双亲线粒体的混合。接着，作者揭示GTP酶Dnm1介导的线粒体分裂和合子颈部尺寸是抑制来自双亲细胞线粒体混合的关键限制因素（图二）。抑制线粒体分裂显著增加了合子中来自双亲本线粒体的混合，但这种减数分裂前期过早的线粒体混合显著降低了配子的活力，提示裂殖酵母细胞合子的渐进式线粒体混合遗传模式可能在维持配子活力方面具有重要生理学意义。最后，作者综合利用高分辨率活细胞显微镜成像观察，定量荧光PCR和透射电镜等技术分析野生型与Rho0（不含线粒体DNA）菌株细胞杂交产生的子代细胞，发现所有子代细胞均获得含有DNA的线粒体。这些结果表明裂殖酵母合子通过双亲遗传模式向子代细胞分配线粒体。

图二：裂殖酵母合子线粒体在减数分裂过程中

发生渐进式融合模式图

小结

该项工作揭示了裂殖酵母在减数分裂过程中通过一种渐进混合的双亲遗传模式分配线粒体，这一过程受线粒体自身的分裂及合子接合处的尺寸等因素影响。

参考文献：

[1] Mitochondrial inheritance: diverse patterns and mechanisms with an emphasis on fungi. Mycology, 2012.

[2] Recombination and biased segregation of mitochondrial genomes during crossing and meiosis of different Schizosaccharomyces pombe strains. microPublication biology, 2021.

[3] Cortical tethering of mitochondria by the anchor protein Mcp5 enables uniparental inheritance. The Journal of Cell Biology, 2019.

作者简介

博士后吴大强与博士研究生储永康为该论文的共同第一作者。中国科学技术大学生命科学学院符传孩教授课题组主要研究方向为细胞亚结构动态及细胞命运可塑性调控机制（实验室主页链接：locd.ustc.edu.cn）。目前实验室配备多种先进技术平台，包括生物化学、细胞生物学、酵母遗传学、高时空分辨率活细胞显微镜成像技术平台、超高分辨率显微镜成像技术平台。实验室欢迎有志于进行细胞生物学前沿研究的学子前来攻读研究生、博士学位，请将简历发送到chuanhai@ustc.edu.cn。该工作得到了中国国家自然科学基金和安徽省高等学校自然科学重点项目的经费资助。