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生命体的氧化还原的平衡调控机制一直是生物学和医学研究的重要内容，早在20世纪50年代中期，Denham Harman就曾提出过自由基衰老学说。细胞内不同细胞器的氧化还原状态不同，维持平衡的机制不同，氧化还原状态改变对细胞器功能的影响不同，因此分别研究不同细胞器的氧化还原势在必行。线粒体是细胞和机体产生能量的最重要来源，同时伴随着活性氧的产生，活性氧又会反过来影响能量产生和代谢，所以研究线粒体的氧化还原调控机制具有重要意义。本论文旨在筛选线粒体内氧化还原相关的新基因及功能研究。利用所在实验室构建的定位于体壁肌肉线粒体的氧化还原敏感探针Grx1-roGFP2的转基因线虫，基于线虫RNAi的手段通过线虫流式仪完成了全基因组的筛选，最终得到了118个影响线虫线粒体氧化还原状态的基因，其中47％基因的功能缺失导致了线粒体的氧化应激，53％导致线粒体变得更还原。从这118个基因中选择了影响线粒体氧化损伤，定位在线粒体内膜的基因atad-3进行深入的功能与机制研究。主要研究结果如下: (1)ATAD-3功能缺失导致线粒体活性氧升高。线虫ATAD-3定位在线粒体内膜，与哺乳动物基因同源性很高，通过研究发现在线虫中它是广泛表达的。当敲低atad-3时无论线虫还是哺乳动物细胞(MCF-7)线粒体的活性氧(reactive oxygen species，ROS)产生都显著增多，而过表达ATAD3A(ATAD-3在人中的同源蛋白)时线粒体内的活性氧则相应的显著性降低。但是用paraquat处理细胞发现ATAD3A的蛋白表达并没有发生变化，推测ATAD3A并不是以抗氧化的功能影响线粒体的活性氧水平。之后对ATAD-3如何影响活性氧的生成进行了机制的研究，发现它可以通过降低质子渗漏和线粒体电子传递链复合物I的活性诱导活性氧生成。活性氧可以作为信号分子激活很多信号通路，检测抗氧化基因如sod和catalase及一些线粒体蛋白酶如spg-7，ymel-1活性都显著增加。 (2)ATAD-3功能缺失激活线粒体未折叠蛋白反应信号通路。检测一系列的线粒体应激通路，发现ATAD-3功能缺失激活了线粒体未折叠蛋白反应通路(mitochondrial unfolding protein response，mtUPR)但是并不影响线粒体自噬水平。活性氧是诱导mtUPR重要的原因之一，用还原剂Vc，NAC，GSH，DTT及线粒体特异的GSH-OET处理线虫清除线粒体的活性氧，mtUPR仍被激活，由此可见mtUPR的激活并不依赖ROS。 (3)ATAD-3功能缺失导致线虫生殖腺发育缺陷。在实验的过程发现atad-3RNAi的线虫完全没有后代，喂食空载大肠杆菌的线虫后代的平均数量为280。猜测ATAD-3是否影响了精子或卵囊的发育及成熟。把生殖腺解剖出来用DAPI染色发现对照组的生殖细胞可以正常地经历有丝分裂、减数分裂而后成熟，精子和卵子结合产生后代，而ATAD-3功能缺失的线虫生殖细胞在减一的粗线期过程被阻断，细胞发生凋亡，导致生殖腺发育缺陷。RNAseq的结果也显示MSPs(major sperm proteins)家族所有蛋白水平较对照组都显著性降低。鉴于ATAD-3功能缺失之后激活了一系列的信号通路且生殖能力下降，这些都可能促进线虫的应激能力，于是检测了线虫的抵抗氧化应激、热激和病原菌应激的能力，发现功能缺失ATAD-3的线虫呈现了更强的抗应激能力。 综上所述，本研究发现全基因组筛选得到的调控线粒体活性氧的基因atad-3对线粒体的功能及线虫的正常生殖发育至关重要。揭示了线粒体活性氧调控、线粒体的质量控制以及线虫生殖发育调控的新机制，为相关疾病的治疗提供了新的思路和依据。