基因地理起源的差异影响线粒体功能

根据一项新研究，基因地理起源的差异可能会影响细胞内人体线粒体 - 能量生成细胞器的功能。线粒体具有自己的基因组，与细胞核中包含的核基因组分开，并且两个基因组都包含线粒体能量产生不可或缺的基因。该研究探讨了当不同地理来源的基因在基因组内汇集在一起时，这些“有核 - 核”相互作用是否可以通过深度进化时间的自然选择进行微调。这项研究于2019年1月14日在线发表在“ 自然生态学与进化 ”杂志上，可能对公共健康以及取代人体细胞中线粒体的医疗程序产生影响。

“在不混合的情况下在不同地理位置进化的基因组最终可能会彼此不同，”宾夕法尼亚州立大学Pentz生物学教授，该论文的作者Kateryna Makova说。“如今，几乎每个人的基因组都有很多混合物由在世界各地不同位置进化的DNA片段组成，这可导致基因组内的祖先变异。例如，我们中的许多人携带尼安德特人DNA与现代人类DNA一起携带。这种变化有很多优点; 例如，免疫基因的增加的变化可以提供增强的疾病保护。然而，基因组内地理起源的变异也可能潜在地导致基因之间的通信问题，例如线粒体和核基因之间的共同调节线粒体功能。了解这一过程可能会对人类健康产生影响。“

研究人员专注于线粒体使用的基因。为了发挥它们的功能，线粒体依赖于线粒体自身DNA中编码的基因和细胞核内编码的基因。因为线粒体和核DNA以不同方式遗传 - 核DNA大致平等地传递给母亲和父亲，但线粒体DNA完全是母体 - 与基因相比，核基因组中线粒体相关基因起源的差异更大。在线粒体DNA本身。

研究人员首先研究了不一致 - 线粒体和核基因组之间的地理起源差异程度 - 是否会影响一个特征。他们发现，不一致的不一致与细胞中线粒体DNA拷贝数的减少有关，这可能意味着线粒体DNA复制的效率降低。

宾夕法尼亚州立大学生物学博士后研究员，第一作者Arslan Zaidi说：“我们在具有混合血统的六组美国人中观察到了这种模式。具体来源无关紧要，核起源与线粒体来源有多么不同。”论文。“尽管地理起源的这些差异存在于所有人类中，但我们特别关注具有混合血统的人群，因为这些差异的影响应该更容易在这些人群中发现。”

该研究小组还发现，随着时间的推移，自然选择可能会减少线粒体相关核基因与线粒体基因组之间地理起源的总体差异。他们在分析的六组中的两组中找到了证据。波多黎各人拥有较高比例的美洲原住民线粒体DNA，与来自编码其他功能的其他核基因组的基因相比，具有更多与美国原产地相关的线粒体相关核基因。同样，非洲裔美国人，与非洲基因组的其他部分相比，非洲裔线粒体DNA的比例较高，其非洲来源的线粒体相关核基因数量超过预期。

“在这些群体中，我们假设自然选择正在指导线粒体相关核基因的轨迹，有利于在地理起源上与线粒体DNA更相似的基因变异，”Makova说。“ 在这些组中，可能存在选择压力作用于核基因组的其余部分，但是并没有对所有这些基因中的一种祖先类型进行系统的富集。在我们检查过的其他三组中，我们没有观察这种趋势，在一组中我们实际上发现了相反的趋势。我们还没有一个很好的解释，这确实证明了这些相互作用的复杂性。“

该研究的结果强调了更详细地研究线粒体和核DNA之间相互作用的必要性。然而，研究人员警告说，他们观察到的不一致的影响是在来自人体组织的细胞系中检测到的，因此尚不清楚这些影响在人体组织中可能存在多大程度。在未来，他们计划研究这个问题，并探讨不一致对线粒体功能的其他方面以及其他复杂特征(如心脏病发病率)的影响。

“为了清楚起见，我们的研究并未暗示线粒体和核基因的特定组合会提供优势或劣势，”Makova说。“但它确实告诉我们，我们应该继续调查这两组基因之间在地理起源上的这些差异。这种信息在线粒体替代治疗等医疗程序中特别有用，线粒体受损的患者从供体接受线粒体将线粒体供体的起源与患者相匹配可能会提高这些程序的有效性，但未来的工作需要确定。“

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