一個國際研究小組成功重構了一只生活在5.2萬年前的猛犸象基因組和三維染色體結構，這是首次利用古代DNA樣本開展此類研究。該研究揭示了猛犸象基因組在細胞內的組織方式，以及特定基因在皮膚組織中的表達情況。相關研究7月11日發表于《細胞》。了解基因組的三維結構可以提供除序列之外的許多額外信息，但大多數古DNA標本都是由非常小的、混亂的DNA片段組成。在繪制人類基因組三維結構的基礎上，論文通訊作者、美國貝勒醫學院基因組結構中心主任Erez Lieberman Aiden認為，如果能找到正確的古DNA樣本——三維結構仍然完好的樣本，就有可能使用同樣的策略組裝古代基因組。研究人員在5年里測試了數十個樣本，但進展緩慢。幸運的是，2018年在俄羅斯西伯利亞東北部出土了一只保存異常完好的猛犸象?！八谒篮蟛痪镁捅粌龈闪?。脫水樣品中的細胞核結構可以保存很長時間?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、貝勒醫學院的Olga Dudchenko說。這種凍干條件使DNA以類似玻璃的狀態被保存下來，避免了常規古DNA樣本常見的降解問題，從而保存了前所未有的結構細節?！斑@些染色體化石的長度是普通古DNA片段的數百萬倍，代表了一種全新的化石類型?！盇iden說。為重建猛犸象的基因組結構，研究人員從其耳后的皮膚樣本中提取了DNA。他們使用了一種名為Hi-C的方法，可以檢測到DNA的哪些部分在空間上很接近，并在細胞核中以自然狀態相互作用?！跋胂笠幌?，你有一個由30億個碎片組成的拼圖，但卻沒有最終拼好后的樣子?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、西班牙巴塞羅那國家基因學中心和基因組調控中心結構基因組學家MarcA.Marti-Renom說，“Hi-C可以讓你在把拼圖拼湊在一起之前，有一個近似的圖像?！苯Y合DNA測序，研究人員確定了相互作用的DNA區域，并參照現代大象的基因組構建了猛犸象基因組的有序模型。結果顯示，猛犸象有28條染色體，與現生亞洲象和非洲象一致。特別需要指出的是，猛犸象染色體保留了高度的物理完整性和精細特征，如納米級的環狀結構，這對轉錄因子與目標基因的交互至關重要。通過檢查細胞核內基因的區隔化，研究人員能夠識別猛犸象皮膚細胞內活躍和不活躍的基因——這是表觀遺傳學或轉錄組學的指標。與其最近的親戚亞洲象的皮膚細胞相比，猛犸象的皮膚細胞有不同的基因激活模式，包括可能與長毛和耐寒性有關的基因?！拔覀兪状斡辛艘粋€猛犸象組織，并大致知道哪些基因被打開、哪些基因被關閉?！盡arti-Renom說，“這是一種非凡的新型數據，也是對任何古DNA樣本的細胞特異性基因活性的首次測量?！北M管這項研究使用的方法依賴于保存完好的化石，但研究人員樂觀地認為，它可以用于研究從猛犸象到埃及木乃伊，以及近代博物館標本的古代DNA樣本。接下來，研究人員將檢查猛犸象其他組織的表觀遺傳模式。論文通訊作者、丹麥哥本哈根大學和挪威科技大學的古基因組學家M.Thomas Gilbert說：“這些結果對復活猛犸象有明顯的幫助?！毕嚓P論文信息：http://doi.org/10.1016/j.cell.2024.06.002