国科大博士生导师田烨研究组发现神经元线粒体应激的记忆可以跨代遗传的现象和机制

  • 遗传发育所 (中国科学院遗传与发育生物学研究所)
  • 创建于 2021-08-05
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  遗传与环境共同作用,决定个体的发育、生殖、衰老和行为等,在受到环境压力胁迫时,生物体会产生适应性的应激反应。长久以来,生物学家一直非常关注的科学问题是,生物体所产生的这些应激反应是否可以直接传递给后代,在后代还未直接经历上一辈的环境胁迫时,就获得某些性状,使他们能够更好的应对预期的环境变化和压力胁迫。 

  2021年8月2日,中国科学院大学博士生导师、中国科学院遗传与发育生物学研究所田烨研究组在Nature Cell Biology杂志以封面长文形式在线发表“The memory of neuronal mitochondrial stress is inherited transgenerationally via elevated mtDNA levels”。该研究以线虫为模型,发现了一个全新的跨代遗传现象——神经元的线粒体应激通过神经与生殖腺的信号交流,诱导后代个体携带更高拷贝的线粒体DNA(mtDNA),进而导致后代继承了母本的线粒体未折叠蛋白反应(Mitochondrial unfolded protein response, UPRmt)。这一跨代遗传现象通过母系遗传,可以在后代中代代相传(>50代)。课题组前期Cell文章鉴定的Wnt信号不仅参与神经与肠道的线粒体应激调控,而且也参与神经与生殖腺的线粒体应激调控。在哺乳动物细胞中激活Wnt信号通路也可以促进线粒体的生成和线粒体DNA拷贝数的增加。继承了较高水平的mtDNA以及随之产生的UPRmt使得后代具有更强的抗逆能力,包括耐热、抗菌、以及抗百草枯毒素的处理,而且获得了更长的寿命;作为代价(trade-off),这些后代的发育迟缓和生殖力下降。因此,当没有环境压力选择时,携带更高拷贝mtDNA后代在群体中的比例将会很快下降并逐渐消失;但是,当遇到类似祖辈经历的压力胁迫时,这些后代展现出更强的生存和竞争力。 

  国科大博士生导师、中科院遗传发育所田烨研究员为本论文的通讯作者,国科大已毕业博士生张茜(培养单位:遗传发育所;导师:田烨研究员)为第一作者,参与该工作的还有田烨组研究生王子豪、张文峰、文庆博、李心宇、周俊、郭永青、副研究员邬雪影、博士后刘阳丽。遗传发育所钱文峰研究员和研究生魏昌硕为本文的数据分析提供了帮助。该研究得到科技部国家重点研发计划,中科院战略性先导科技专项,国家自然科学基金的资助。

  原文链接:The memory of neuronal mitochondrial stress is inherited transgenerationally via elevated mitochondrial DNA levels

图:神经元线粒体应激通过调控mtDNA水平诱导UPRmt的跨代遗传

 

责任编辑:高塬