Nature Plants | 武汉大学孙蒙祥团队揭示被子植物父本线粒体清除的机理

动植物胚胎中的线粒体继承自卵细胞，而非精细胞，这一现象被称为线粒体母性遗传，是非孟德尔遗传的经典范例。然而，调控被子植物父本线粒体清除的分子机制及其具体的生物学意义至今仍不清楚，是植物有性生殖领域长期悬而未解之谜。

近日，武汉大学生命科学学院孙蒙祥教授团队在Nature Plants在线发表题为ATG5-HSP90.2-mediated micromitophagy as a cytological basis for maternal inheritance of plant mitochondria的研究论文，揭示了被子植物精细胞发生过程中，雄性生殖系细胞命运决定所激活的线粒体微自噬控制父本线粒体在受精前被清除，从而保障线粒体母性遗传和正常的种子发育。

该项工作首次证实了线粒体微自噬在植物中的存在，并揭示了液泡通过膜内陷直接吞噬并降解线粒体的详细细胞学过程。结果显示，线粒体微自噬仅在雄性生殖系细胞中特异性发生，是被子植物进化出的一种父本线粒体清除新方式。研究者利用其早先时候建立的营养细胞-生殖系细胞命运转变系统（点击查看：），揭示了线粒体微自噬是由雄性生殖系细胞命运决定所触发的。

ATG5控制精细胞发生过程中的父本线粒体清除

进一步的研究发现，精细胞发生过程中自噬相关蛋白ATG5转运至液泡膜，并在液泡吞噬线粒体的过程中与位于线粒体外膜的HSP90.2相互作用，ATG5或HSP90.2的功能缺失导致父本线粒体在精细胞中大量积累，这说明细胞类型特异性的ATG5新功能化介导线粒体微自噬的发生。基于拟南芥、水稻、烟草和百合等四种花粉类型代表性材料的研究表明，线粒体微自噬是被子植物清除父本线粒体的保守途径，并且其在进化过程中不断优化以适应不同植物类群中雄性生殖系细胞所具有的不同特性。

最后，胚胎发育的分析阐释了这种巧妙的机制不仅有助于线粒体母性遗传，还支持了受精后合子向胚胎的正常转变。总之，本工作通过配子发生、微自噬、细胞质遗传等多方面的交叉研究，填补了长期以来对于被子植物父本线粒体清除机制理解的空白。

雄性生殖系细胞命运决定激活的线粒体微自噬

孙蒙祥教授为论文通讯作者，黄小荣博士（现厦门大学生命科学学院PI）为论文第一兼共同通讯作者。马萨诸塞大学Alice Y. Cheung院士参与并做出重要贡献。研究工作得到国家自然科学基金、贵州省学科建设专项经费、福建省自然科学基金等资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02216-1