线粒体DNA在细胞内以多拷贝形式存在。在哺乳动物卵细胞发生过程中，线粒体DNA会发生超量复制而致使其内的线粒体DNA数量约为体细胞中的100倍【1】。这些储备的线粒体DNA能够保障早期胚胎在没有线粒体DNA复制的情况下亦能正常发育至囊胚时期【2】。在被子植物中，前期的研究结果表明大多数物种的卵细胞仅包含与体细胞相似的线粒体DNA含量，并不存在像哺乳动物卵细胞那样超量复制线粒体DNA的现象【3】。这提示在被子植物早期胚胎发生过程中，线粒体DNA应会发生复制增加的情况。然而，受限于早期胚胎细胞分离的困难，这方面的研究并未展开过。

近日，西北大学生命科学学院王丹阳课题组及其合作者在 Plant Journal 杂志在线发表了题为Changes in mitochondrial DNA levels during early embryogenesis in Torenia fournieri and Arabidopsis thaliana的研究论文。该研究揭示被子植物早期胚胎发生过程中确实存在线粒体DNA复制的现象。

通过分离蓝猪耳(T. fournieri)不同发育时期的合子，该研究利用单细胞实时定量PCR技术定量了各时期合子中的线粒体DNA数量，发现蓝猪耳合子在发育过程中发生了线粒体DNA的数量加倍。为进一步证实该结论，研究者们通过组织培养获得了蓝猪耳卵细胞及合子线粒体GFP标记的转基因植株。DAPI染色结合激光共聚焦显微术表明：在蓝猪耳合子发育过程中，线粒体数量、线粒体拟核数量、及线粒体拟核荧光也都发生了加倍。然而，在拟南芥(A. thaliana)合子发育过程中，线粒体数量、线粒体拟核数量、及线粒体拟核荧光并不增加，其增加首次出现于2细胞原胚时期。

总而言之，该研究显示在蓝猪耳合子及拟南芥2细胞原胚的发育过程中，线粒体DNA发生了数量加倍，从而揭示了被子植物早期胚胎发生过程中出现线粒体DNA复制的现象，进而表明线粒体DNA在被子植物及哺乳动物的早期胚胎中有不同的变化规律。

参考文献

1. Cummins J. (1998) Mitochondrial DNA in mammalian reproduction. Rev. Reprod. 3, 172–182.

2. Piko, L. and Taylor, K.D. (1987) Amounts of mitochondrial DNA and abundance of some mitochondrial gene transcripts in early mouse embryos. Dev. Biol. 123, 364–374.

3. Wang, D.Y., Zhang, Q., Liu, Y., Lin, Z.F., Zhang, S.X., Sun, M.X. and Sodmergen (2010) The levels of male gametic mitochondrial DNA are highly regulated in angiosperms with regard to mitochondrial inheritance. Plant Cell, 22, 2402–2416.