让妈妈帮你发电!粒线体的母系遗传现象

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像爸爸?像妈妈?掌管生物性状的关键密码存在基因里,而人体基因来自父母的精卵组合,全身上下,也许眼睛像爸爸,嘴巴像妈妈。但这个不变的基因组合定律却有个例外,发生在细胞内的发电机:粒线体(mitochondrial)。

负责供应细胞能量的粒线体有一组专属的 DNA,绝大多数人的粒线体都从母亲而来,粒线体内带有的粒线体 DNA(mitochondrial DNA, mtDNA),也直接遗传自母亲。

从这个角度来说,粒线体只会“像”妈妈。

为什么粒线体只会来自妈妈?

粒线体母系遗传是真核细胞独有的现象。据现有研究所知,粒线体来自于妈妈,可能和几个原因有关。

其中一个,是精子粒线体 DNA 和卵子相比,突变机率较高,不适合作为细胞内重要胞器的遗传物质。同样的,当母亲粒线体 DNA 因突变造成缺损,也会造成小孩严重的遗传疾病。

粒线体母系遗传的另一个原因,则是由于细胞跟粒线体各自带有不同 DNA ,为了维持两者之间均一性(homoplasmy),所发展出来的遗传机制。

粒线体 DNA 的专属标记功能

“粒线体 DNA 来自妈妈”普遍的定律,不仅是生物漫长演化的结果,反过来看,它也能用作推算生物演化历程的工具。这个称为粒线体 DNA 分子时钟(molecular clock)的方法,可以透过计算粒线体 DNA 突变的累积程度,回推不同生物之间的亲缘关系。

此外,粒线体母系遗传的特质,也是影响小孩性别的因子,粒线体 DNA 参与决定了子代性别分布的比例。

从巨观演化历史到个体性别,来自妈妈的粒线体都扮演重要的角色。

延伸阅读:解开干细胞排斥之谜!粒线体 DNA 突变是主因

参考资料:
1. Genome, 2015; https://doi.org/10.1139/gen-2015-0090
2. Biochem Soc Trans, 2016; https://doi.org/10.1042/BST20160095

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