在包括人类在内的大多数植物和动物中，线粒体通常几乎完全由母体遗传，父系线粒体传递被认为仅偶发且机制不清。近日，一项发表于《自然植物》的研究以烟草为模型建立遗传筛选体系，用于检测父系线粒体是否进入并遗传给后代。

研究人员利用携带功能受损线粒体、并呈现明显可见生长缺陷的烟草材料开展筛选。该类植株表现为生长缓慢、叶片卷曲、花朵皱缩，子房功能正常但花粉不育。研究团队随后以携带健康线粒体的植株花粉对其授粉，并通过后代表型差异识别可能发生父系线粒体传递的个体。

结果显示，多数后代仅继承母系线粒体并呈现预期缺陷；而少数后代出现正常生长特征。研究人员进一步通过分子分析与显微技术确认，这些表型恢复的后代携带父系来源线粒体，并据此观察线粒体及其基因组在花粉发育过程中的变化。

研究团队报告称，父系线粒体传递的基础频率为0.18%。当两项条件同时满足时，父系传递频率可显著提升至7%以上：其一是失活一种可降解线粒体DNA的酶，其二是将发育中的花粉暴露于低温环境。在上述条件下，父系线粒体更容易进入精子细胞并保留其基因组，从而实现向后代的传递。研究还指出，在继承了有缺陷母系线粒体的植株中，父系线粒体能够恢复其正常发育与生育能力。

研究人员认为，这些结果对“线粒体基因组为严格无性遗传系统”的传统认识提出挑战。研究同时提到，若父母双方线粒体在少数情况下发生混合，可能出现遗传物质交换（重组），从而形成新的线粒体遗传构成。研究团队表示，这一发现也为植物育种提供了新的研究路径，尤其与细胞质雄性不育这一由线粒体基因组编码、并被广泛用于杂交种子生产的性状相关。

MPI-MP主任、该研究合著者拉尔夫·博克（Ralph Bock）在声明中表示，理解并控制线粒体遗传可为作物育种提供新工具；通过使线粒体能够经由花粉传递，有望生成新的线粒体基因组、提升抗逆性并恢复生育能力。第一作者恩里克·冈萨雷斯-杜兰（Enrique González-Durán）也在声明中称，该发现为开发更具韧性作物提供了工具，并可能帮助解释线粒体遗传为何在动植物中以母系为主。

不过，研究同时指出，即便在研究人员确定的最有利条件下，父系线粒体仍仅出现在相对少数后代中，提示可能还存在其他促进母系遗传的机制有待进一步识别。研究团队认为，该工作为线粒体遗传研究开辟了新方向，并可能在未来支持培育更具气候适应性的作物。