神經元線粒體應激的記憶可以跨代遺傳的現象和機制

　　遺傳與環境共同作用，決定個體的發育、生殖、衰老和行為等，在受到環境壓力脅迫時，生物體會產生適應性的應激反應。長久以來，生物學家一直非常關注的科學問題是，生物體所產生的這些應激反應是否可以直接傳遞給后代，在后代還未直接經歷上一輩的環境脅迫時，就獲得某些性狀，使他們能夠更好的應對預期的環境變化和壓力脅迫。

　　2021年8月2日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所田燁研究組在Nature Cell Biology雜志以封面長文形式在線發表“The memory of neuronal mitochondrial stress is inherited transgenerationally via elevated mtDNA levels”。該研究以線蟲為模型，發現了一個全新的跨代遺傳現象——神經元的線粒體應激通過神經與生殖腺的信號交流，誘導后代個體攜帶更高拷貝的線粒體DNA（mtDNA），進而導致后代繼承了母本的線粒體未折疊蛋白反應（Mitochondrial unfolded protein response, UPRmt）。這一跨代遺傳現象通過母系遺傳，可以在后代中代代相傳（>50代）。課題組前期Cell文章鑒定的Wnt信號不僅參與神經與腸道的線粒體應激調控，而且也參與神經與生殖腺的線粒體應激調控。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拷貝數的增加。繼承了較高水平的mtDNA以及隨之產生的UPRmt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），這些后代的發育遲緩和生殖力下降。因此，當沒有環境壓力選擇時，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，當遇到類似祖輩經歷的壓力脅迫時，這些后代展現出更強的生存和競爭力。

　　圖：神經元線粒體應激通過調控mtDNA水平誘導UPRmt的跨代遺傳

　　 中科院遺傳發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。遺傳發育所錢文峰研究員和研究生魏昌碩為本文的數據分析提供了幫助。該研究得到科技部國家重點研發計劃，中科院戰略性先導科技專項，國家自然科學基金的資助。