Nature Genetics：线粒体DNA为何只遗传自母亲？

人类及大多数动物有一个进化特征：线粒体DNA的单亲遗传，也就是说，他们完全从母亲那里继承线粒体DNA（mtDNA）。既然精子也有线粒体，那么它们为什么不传递给后代呢？

托马斯杰斐逊大学领导的研究团队近日在《Nature Genetics》杂志上发表研究，回答了这个问题。经过几年的研究，他们证明精子中没有完整的线粒体DNA，此外，精子的线粒体也缺乏线粒体转录因子A（TFAM），而它是人类线粒体DNA复制所必需的。

巴塞罗那生物医学研究所的Ramon Trullas解释说：“在包括人类在内的多个物种中，精子线粒体在受精过程中被引入卵子，因此现有的假设之一是线粒体DNA确实到达了卵母细胞，但在受精过程中被清除了。”不过，父系mtDNA清除的具体机制还不清楚。

为了弄清精子是否含有线粒体DNA，研究人员开发出一种数字PCR技术，这种技术的准确性比传统的PCR技术更高，而且可以对同一样本中不同细胞类型的DNA进行绝对定量。他们对来自美国俄勒冈州诊所的样本进行了分析。

结果表明，精子中没有一个完整的线粒体DNA分子，而且发现的残留线粒体DNA可能根本不属于它们。“每个精子细胞含有50到70个线粒体，相当于每个线粒体只有不到0.01个线粒体DNA分子。虽然极低，但这个数字可能解释了来自污染细胞（即白细胞）的背景线粒体DNA，”作者在论文中解释道。

研究人员发现，精子线粒体中DNA的缺失主要是由于转录因子TFAM的重新定位，TFAM是渗透到线粒体以复制线粒体DNA的重要分子。在精子发生过程中，精子修改TFAM的线粒体定位信号，不允许其进入线粒体，而是将其引导到精子核，从而阻止线粒体DNA的复制。

“我们的工作表明，精子发生过程中对TFAM的修饰导致父系线粒体DNA的清除，并解释了线粒体DNA母系遗传的原因。这是一个迷人的过程，也是进化的产物，阻止了父系DNA的遗传，” Ramon Trullas补充说。

TFAM重新定位的发现对于人类生育和生殖细胞治疗领域具有重要意义，因为它可以解释一些少精子症和少弱精子症病例，这些疾病会影响精子数量和活力，导致男性不育。研究人员称，事实上，在患有严重少弱精子症的不育男性的精子中，已发现线粒体DNA水平升高。