精子细胞发生过程中线粒体的动态重排和自噬降解

来自国立基础生物学研究所、东京大学和日本群马大学的一个研究团队报告说，在地苔中，精细胞（spermatozoid）中线粒体的数量是由精子发生过程中的自噬控制的。

大多数真核细胞都有线粒体，其数量和形状因细胞类型和细胞条件的不同而有很大差异。与其他细胞类型相比，真核精子细胞线粒体形态和分布普遍具有特征性，同时物种间也表现出显著的多样性。

尽管“精子”一词让人联想到哺乳动物的“游动”的精子，但某些植物群体也利用精子进行有性繁殖。其中一个类群是苔藓植物，常见于城市公园和家庭的后院。

一个苔藓植物体细胞拥有数十到数百个线粒体。相比之下，精子细胞拥有固定数量的两个线粒体:一个在细胞体的头部，另一个在细胞体的尾部。然而，这两个线粒体在精子发生过程中形成的机制仍不清楚。

在《细胞报告》上发表的一篇文章中，该研究小组详细研究了苔类中，在精子向精子样体(精子发生)转化过程中，线粒体的数量和形状是如何变化的。

这篇文章的第一作者Norizuki Takuya博士谈到了研究团队的发现:在地苔中，随着精子发生的进展，线粒体的数量会减少，直到只剩下一个。剩下的线粒体不对称地分裂成两个线粒体;较大的线粒体成为前线粒体较小的成为后线粒体。当这种线粒体分裂被抑制时，只形成一个前线粒体的精子。

研究小组研究了线粒体数量减少的机制，特别关注自噬。自噬降解细胞成分，包括细胞器，吞噬它们进入双膜囊(自噬小体)，与液泡/溶酶体融合。

当自噬所需基因功能丧失时，线粒体在精子发生过程中没有降解，突变的精子中仍保留大量线粒体。研究组还通过电镜观察发现，野生型地苔在精子发生过程中，线粒体被自噬小体选择性地吞噬。这些结果表明，自噬减少了精子发生过程中的线粒体数量。

研究小组组长上田隆教授评价说:“该研究揭示了苔藓植物精子中特有的线粒体模式是如何产生的，自噬在这一过程中起着重要作用。在动物的精子发生过程中，会发生过量细胞质的清除，但自噬似乎在这一过程中没有发挥实质性的作用。相反，相邻的细胞通过吞噬作用“吸收”过多的细胞质和细胞器，将其从发育中的精子中清除。因此，植物和动物在精子形成过程中采用了完全不同的机制来去除细胞器。”

原文标题：

Dynamic rearrangement and autophagic degradation of mitochondria during spermiogenesis in the liverwort Marchantia polymorpha