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线粒体—细胞核（以下简称“核质”）遗传变异可通过共同编码氧化磷酸化（OXPHOS）系统的亚基，改变细胞的生物能量学特征和代谢。本研究检验了生化和生物能量学表型的遗传变异能否跨越更高层次的生物组织水平，进而影响个体发育。我们使用一组通过在黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）及其姐妹种拟果蝇（D. simulans）之间进行分化线粒体DNA非对称置换而构建的（mtDNA）；nDNA基因型。其中，（ore）；OreR和（ore）；Aut两种基因型携带来自黑腹果蝇、共同进化的核质基因组；另两种基因型（w501）；Aut和（w501）；OreR则携带导入黑腹果蝇核基因组背景的拟果蝇线粒体DNA。我们利用非靶向代谢组学，全面追踪这些基因型的联合基因组构型在代谢组中留下的生化印迹。结果表明，在存在核质基因组不相容性的（w501）；OreR幼虫中，碳代谢、氮代谢及氧化还原平衡发生了广泛且协调的重塑，其特征包括糖酵解增强、三羧酸循环受限、氨基酸匮乏、核酸平衡下降和脂质代谢重塑，同时伴随抗氧化通路的代偿性激活以及代谢物可能介导的表观遗传调控。这种生化代谢重编程形成了一种生理约束，使维持生命活动的代谢优先于幼虫生长；因此，尽管这些幼虫的摄食量代偿性增加，其体型仍然缩小、运动迟缓且发育延迟。这些发现凸显了核质相互作用的情境依赖性：此类相互作用能够以特有的方式影响个体层面的能量预算权衡、适合度及生活史演化。
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两个基因组，一个代谢组：线粒体—核基因组不相容性重塑果蝇的发育代谢与适合度
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Akansha Singh、Brian Frias、Brianna M Deaver、Ariana C Edwards、Jordy K Cambara、Omera B Matoo
doi：https://doi.org/10.64898/2026.05.29.728848
Akansha Singh
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线粒体与细胞核（以下称“线粒体—核”）的遗传变异可通过共同编码氧化磷酸化（OXPHOS）系统的亚基，改变细胞的生物能量学特征和代谢。本研究检验了生化表型与生物能量学表型中的遗传变异，能否跨越更高层次的生物学组织尺度，影响个体发育。我们使用了一组通过在黑腹果蝇（*Drosophila melanogaster*）及其姐妹种拟果蝇（*D. simulans*）之间进行差异性线粒体 DNA 替换而构建的（mtDNA）；nDNA 基因型。其中两种基因型 (ore); OreR 和 (ore); Aut 携带来自黑腹果蝇的共同进化的线粒体与核基因组；另两种基因型 (w501); Aut 和 (w501); OreR 则携带导入黑腹果蝇核基因组背景的拟果蝇线粒体 DNA。我们利用非靶向代谢组学，全面追踪这些基因型中线粒体与核基因组的联合遗传构型在代谢组中留下的生化印迹。结果表明，在存在线粒体—核基因组不相容性的 (w501); OreR 幼虫中，碳代谢、氮代谢及氧化还原平衡发生了广泛而协调的重塑，其特征包括糖酵解增强、三羧酸循环受限、氨基酸匮乏、核酸平衡受损和脂质重塑，同时伴有抗氧化通路的代偿性激活，以及代谢物可能介导的表观遗传调节。这种生化重编程造成了生理约束，使维持性代谢优先于幼虫生长；因此，尽管这些幼虫的摄食量代偿性增加，其体型仍然较小、运动缓慢且发育延迟。这些发现凸显了线粒体—核相互作用的情境依赖性：此类相互作用能够以特定方式跨尺度影响个体的能量预算权衡、适合度和生活史进化。
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发布于 2026 年 6 月 2 日。
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Akansha Singh、Brian Frias、Brianna M Deaver、Ariana C Edwards、Jordy K Cambara、Omera B Matoo
bioRxiv 2026.05.29.728848；
doi：https://doi.org/10.64898/2026.05.29.728848
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Akansha Singh、Brian Frias、Brianna M Deaver、Ariana C Edwards、Jordy K Cambara、Omera B Matoo
bioRxiv 2026.05.29.728848；
doi：https://doi.org/10.64898/2026.05.29.728848
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关键词：核质基因组不相容 · 果蝇 · 非靶向代谢组学 · 发育期代谢重编程 · 适应度
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.29.728848v1?rss=1