子科生物報道：遺傳與環(huán)境共同作用，決定個體的發(fā)育、生殖、衰老和行為等，在受到環(huán)境壓力脅迫時，生物體會產(chǎn)生適應(yīng)性的應(yīng)激反應(yīng)。長久以來，生物學(xué)家一直非常關(guān)注的科學(xué)問題是，生物體所產(chǎn)生的這些應(yīng)激反應(yīng)是否可以直接傳遞給后代，在后代還未直接經(jīng)歷上一輩的環(huán)境脅迫時，就獲得某些性狀，使他們能夠更好的應(yīng)對預(yù)期的環(huán)境變化和壓力脅迫。 

　　2021年8月2日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所田燁研究組在Nature Cell Biology雜志以封面長文形式在線發(fā)表“The memory of neuronal mitochondrial stress is inherited transgenerationally via elevated mtDNA levels”。該研究以線蟲為模型，發(fā)現(xiàn)了一個全新的跨代遺傳現(xiàn)象——神經(jīng)元的線粒體應(yīng)激通過神經(jīng)與生殖腺的信號交流，誘導(dǎo)后代個體攜帶更高拷貝的線粒體DNA（mtDNA），進而導(dǎo)致后代繼承了母本的線粒體未折疊蛋白反應(yīng)（Mitochondrial unfolded protein response, UPR^mt）。這一跨代遺傳現(xiàn)象通過母系遺傳，可以在后代中代代相傳（>50代）。課題組前期Cell文章鑒定的Wnt信號不僅參與神經(jīng)與腸道的線粒體應(yīng)激調(diào)控，而且也參與神經(jīng)與生殖腺的線粒體應(yīng)激調(diào)控。在哺乳動物細胞中激活Wnt信號通路也可以促進線粒體的生成和線粒體DNA拷貝數(shù)的增加。繼承了較高水平的mtDNA以及隨之產(chǎn)生的UPR^mt使得后代具有更強的抗逆能力，包括耐熱、抗菌、以及抗百草枯毒素的處理，而且獲得了更長的壽命；作為代價（trade-off），這些后代的發(fā)育遲緩和生殖力下降。因此，當(dāng)沒有環(huán)境壓力選擇時，攜帶更高拷貝mtDNA后代在群體中的比例將會很快下降并逐漸消失；但是，當(dāng)遇到類似祖輩經(jīng)歷的壓力脅迫時，這些后代展現(xiàn)出更強的生存和競爭力。 

　　圖：神經(jīng)元線粒體應(yīng)激通過調(diào)控mtDNA水平誘導(dǎo)UPR^mt的跨代遺傳 

        中科院遺傳發(fā)育所田燁研究員為本論文的通訊作者，博士生張茜為第一作者，參與該工作的還有研究生王子豪、張文峰、文慶博、李心宇、周俊、郭永青、副研究員鄔雪影、博士后劉陽麗。遺傳發(fā)育所錢文峰研究員和研究生魏昌碩為本文的數(shù)據(jù)分析提供了幫助。該研究得到科技部國家重點研發(fā)計劃，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，國家自然科學(xué)基金的資助。