研究表明温度对线粒体DNA进化的影响

冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员进行的一项新研究提供了由于温度变化而选择mtDNA的证据。

在包括人类在内的多细胞生物中，大多数DNA在细胞核内盘绕。然而，一小部分隐藏在线粒体 - 细胞器内，产生能量并调节细胞内的许多代谢过程。

与从父母双方遗传的核DNA不同，线粒体DNA(mtDNA)通常仅通过母亲从一代传递到下一代。长期以来，研究人员一直认为小mtDNA的核苷酸序列的变异既不影响细胞功能也不经历自然选择。由于这些原因，它被认为是许多科学领域的一个典型工具，从遗传学到气候变化，到检验进化历史和个体或生物群体之间的关系。

然而，越来越多的证据表明某些mtDNA变体在某些情况下可以被选择。冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员与澳大利亚的莫纳什大学和英国伦敦大学学院合作开展的一项新研究发现，mtDNA可能比目前认为的更受选择。来自OIST物理和生物学部门的Zdenek Lajbner博士和他的同事，由Jonathan Miller教授领导，对果蝇(Drosophila melanogaster)进行了实验，以证明环境温度的差异可以影响一种mtDNA变体的选择。“我们的设计是首创的，当涉及到热推断选择在自然界塑造的mtDNA频率的作用，” Lajbner博士研究，发表在主要作者的科学报告。

Lajbner博士及其同事研究了两种天然存在的mtDNA变种，这些变种由居住在澳大利亚东海岸的果蝇携带。其中一种变体在该国的亚热带，北部地区更为常见，气温温暖，另一种更常见于温带，南部，往往更冷。研究人员从这两个地点收集了苍蝇，然后将它们杂交，以获得一系列具有相同混合基因的种群。然后他们将每个混合人口分成四个子群体。四个亚群中的每一个都保持在不同的温度。两个亚种群的温度分别保持在19ºC和25ºC的常数。其他两个亚种群的温度波动，以模拟收集果蝇的两个地点的热状况。三个月后，研究人员对所有这些亚群的果蝇mtDNA进行了测序。

研究小组还研究了通常感染果蝇的Wolbachia等细菌的存在如何影响mtDNA的选择。为了区分它们的影响，研究小组用抗生素治疗了一些苍蝇种群，以杀死它们可能藏匿的任何Wolbachia感染。

研究人员发现，在温暖的实验室条件下饲养的果蝇中，两种mtDNA变体中的一种变得比另一种变得更常见。同样的mtDNA变体也被发现在澳大利亚较温暖的北部地区的苍蝇中广泛流行。在冷实验室条件下饲养的果蝇中观察到与其他mtDNA变体相似的模式。然而，研究人员仅在Wolbachia感染被消灭的人群中观察到这种效应。此外，他们在男性中观察到的变异模式并不总是与女性中的变异模式相匹配。

结果表明，温度决定了mtDNA在自然界中的变化。他们还提出，其他因素，如性别和微生物感染，也可能影响线粒体基因组在野外的演变。“需要进一步的研究来确定对环境温度敏感的线粒体基因组部分，并了解其背后的机制，”Lajbner博士说。他还指出，使用mtDNA作为遗传工具的研究人员应该记住，它会随着热环境的变化而发展。

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