父系线粒体在秀丽隐杆线虫胚胎发育过程中的选择性消除

线粒体是细胞进行呼吸作用、凋亡和代谢等重要细胞过程的关键细胞器，拥有自身的基因组 (mtDNA) (1, 2)。然而，只有母系线粒体能够传递给后代。父系线粒体如何在发育过程中被选择性消除，目前尚不清楚 (3, 4)。为了探究这一问题，我们利用电子显微镜 (EM) 和断层扫描技术，对秀丽隐杆线虫精子和胚胎中的父系线粒体进行了观察。

野生型 (N2) 精子中的线粒体呈球形 (图 S1A)，平均直径为 464 ± 68 纳米，其嵴由内膜大量折叠形成，均匀分布于基质中 (图 1A)。N2 合子中的父系线粒体与管状且较细的母系线粒体 (平均宽度为 238 ± 57 纳米，图 S1B) 易于区分。值得注意的是，所有 N2 合子中的父系线粒体在进入卵母细胞后都会迅速形成多个暗色聚集体 (agg) (图 1B、E，图 S1B-G 以及视频 S1)。一些父系线粒体周围开始组装来自自噬体的双层膜 (图 S1B)。我们把含有缺少附近自噬体膜的小聚集体的父系线粒体称为“小 agg PM” (图 1B)。那些包含与自噬体膜相关的较大聚集体的被称为“大 agg PM” (图 1C)，而那些嵴较少并被自噬体包裹的被称为“幽灵 PM” (图 1D)。许多小 agg PM 独立于自噬机制形成 (图 1B、E，图 S1B-G 以及视频 S1)。大 agg PM 和幽灵 PM 在 N2 合子中可见，但在 2 或 4 细胞阶段的胚胎中更为常见 (图 1C-E)。

本研究结果表明，父系线粒体在进入卵母细胞后会迅速发生形态变化，形成暗色聚集体，并被自噬体包裹，最终降解消失。这可能是父系线粒体在发育过程中被选择性消除的重要机制之一。