2016年8月8日/生物谷BIOON/--存在新的證據證實「母親的詛咒（mother's curse）」---母親可能傳遞傷害她們的兒子但不傷害她們的女兒的基因到她們的孩子體內---在動物體內也是適用的。這種可能性產生的原因在真核細胞中存在著兩種獨立的基因組：位於細胞核的基因組和位於線粒體的基因組。
根據普遍接受的理論，線粒體最初是獨立的細菌，這種細菌能夠利用高度毒性的氧氣分子作為強大的能源。真核生物缺乏這種能力，因此，它們中的一些發現一種方法吞噬線粒體的細菌祖先，但不消化它---將它轉化為一種「內共生體（endosymbiont）」，即一種生活在另一種有機體體內的有機體。不像是由父本和母本的遺傳物質組合在一起形成的細胞核基因組，線粒體基因組僅遺傳自母本。因此，雄性後代被認為是進化上的盡頭。儘管自然選擇活躍地抑制削弱雌性的線粒體DNA（mtDNA）突變，但是沒有直接的機制清除削弱雄性的那些mtDNA突變：這種情形導致這種「母親的詛咒」。
如今，在一項新的研究中，來自美國範德堡大學和弗雷德-哈金森癌症研究中心的研究人員發現黑腹果蠅中的一種mtDNA突變使得「母親的詛咒」的假設在動物體內得以證實：隨著年齡的增加，它降低雄性果蠅後代的生育能力，但不會對雌性果蠅後代產生任何可觀察到的影響。相關研究結果於2016年8月2日發表在
eLife期刊上，論文標題為「A mitochondrial DNA hypomorph of cytochrome oxidase specifically impairs male fertility in Drosophila melanogaster」。
在範德堡大學領導這項研究的生物科學助理教授Maulik Patel說，「自從這種可能性（即母親的詛咒）被識別以來的20年內，據報導一些線粒體突變對雄性後代產生有害的影響，但是，這些報導並沒有強有力地證實這些突變對雌性後代沒有任何負面影響。我們的研究是首次全面地尋找傷害雄性後代的mtDNA突變對雌性後代可能產生的影響，而且我們幸運地發現這樣的一種mtDNA突變對雄性後代產生負面影響，但是正如我們能夠評估的那樣，不對雌性後代產生任何不好的影響。」
這種「母親的詛咒」是自然選擇的比較奇特的結果之一。根據進化理論，線粒體DNA（mtDNA）和細胞核DNA處於永不停止的競爭之中。當一方積累有益的突變時，另一方被迫適應。
植物擁有比較大的線粒體基因組，因而線粒體基因組含有更多的基因。在植物中，人們已發現明顯的傷害雄性的線粒體突變的例子。然而，在動物中，線粒體基因組比較小，這使得人們更難檢測到類似的傷害雄性的線粒體突變。
這項最終發現傷害雄性的mtDNA突變的實驗是花了4年多的時間完成的力作。研究人員選擇了18種獨立的果蠅品系，每種品系由300隻雌性果蠅和100隻雄性果蠅組成。在其中的12種品系中，處女雌性果蠅在每一代都被收集，而且與來自原始的果蠅品系的雄性果蠅交配。研究人員就這樣培養了35代（大約70周的時間）果蠅。在剩下的6種品系中，雌性果蠅被允許與它們選擇的雄性果蠅進行交配。在這個整個時間段內，他們一直在監控果蠅的健康以便確定雄性果蠅是否受到傷害。
幸運的是，研究人員最終發現一種mtDNA單點突變G117S接管了其中的一種品系。這會導致細胞色素C氧化酶的一個亞基的化學結構發生單胺基酸變化。他們證實當年齡增加時，這種突變導致雄性果蠅的精子產生和精子能動性過早地下降，但是它似乎沒有對雄性果蠅產生任何其他方面的影響，而且也不對雌性果蠅產生影響。
Patel說，「我們沒有特地尋找影響生育力的mtDNA突變，但是回想一下，這也說得通。影響雄性但不影響雌性的mtDNA突變肯定是影響在雄性和雌性之間存在不同的組織。」
他們的發現符合已提出的用來解釋人mtRNA突變與精子能動性下降相關聯的一種假設：這種mtDNA突變可能是導致無法治癒的影響7～10%男性的生育力低下的重要因素。
研究人員也發現這種突變的酶是溫度敏感性的。將籠子裡的溫度調高4℃會導致攜帶這種突變的雄性果蠅幾乎完全喪失生育能力。這就讓他們執行另外一項實驗來測試這種「母親的詛咒」假設的第二項預測：細胞核基因組應當進化出通過抑制傷害雄性的mtDNA突變的活性來恢復雄性健康的機制。
他們將攜帶這種mtDNA突變的雌性果蠅與從世界上多個不同地方收集的不同果蠅品系的雄性果蠅交配。他們隨後檢測了雄性果蠅後代的生育力，並且吃驚地發現來自很多果蠅品系的細胞核基因組能夠完全地恢復這些雄性果蠅的生育力。
Patel說，「我們在這項研究中使用的策略與操縱線粒體基因組的方法取得的進展相結合為我們提供新的機遇來研究地球上最為古老的和最為重要的共生之一的『未知的一面』。我們希望這將導致人們開發治療線粒體疾病的方法，其中只有其中的一些疾病當前能夠被治療。」（生物谷 Bioon.com）
本文系生物谷原創編譯整理，歡迎轉載！點擊 獲取授權 。更多資訊請下載生物谷APP。A mitochondrial DNA hypomorph of cytochrome oxidase specifically impairs male fertility in Drosophila melanogasterMaulik R Patel, Ganesh K Miriyala, Aimee J Littleton, Heiko Yang, Kien Trinh, Janet M Young, Scott R Kennedy, Yukiko M Yamashita, Leo J Pallanck, Harmit S Malik
doi:
10.7554/eLife.16923PMC:PMID:Due to their strict maternal inheritance in most animals and plants, mitochondrial genomes are predicted to accumulate mutations that are beneficial or neutral in females but harmful in males. Although a few male-harming mtDNA mutations have been identified, consistent with this 『Mother’s Curse』, their effect on females has been largely unexplored. Here, we identify COIIG177S, a mtDNA hypomorph of cytochrome oxidase II, which specifically impairs male fertility due to defects in sperm development and function without impairing other male or female functions. COIIG177S represents one of the clearest examples of a 『male-harming』 mtDNA mutation in animals and suggest that the hypomorphic mtDNA mutations like COIIG177S might specifically impair male gametogenesis. Intriguingly, some D. melanogaster nuclear genetic backgrounds can fully rescue COIIG177S -associated sterility, consistent with previously proposed models that nuclear genomes can regulate the phenotypic manifestation of mtDNA mutations.
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