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復(fù)活滅絕生物不再是夢(mèng)想

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)2024-07-16作者:張夢(mèng)然

提起冰川時(shí)代,許多人腦海中會(huì)浮現(xiàn)出猛犸象身披長(zhǎng)毛、踏步而來(lái)的圖畫。在距今大約480萬(wàn)至1萬(wàn)年前的時(shí)期,猛犸象是最具代表性的生物之一。但隨著氣候變暖,加上生長(zhǎng)速度緩慢、沒(méi)有足夠食物以及人類和猛獸追殺等因素,猛犸象數(shù)量開始迅速減少,幼象成活率極低,最終絕滅。

猛犸象以自己整個(gè)種群的滅亡,宣告了一個(gè)冰川時(shí)代的結(jié)束。

現(xiàn)在,一個(gè)國(guó)際研究小組成功重構(gòu)了一頭生活在5.2萬(wàn)年前的猛犸象基因組和三維染色體結(jié)構(gòu),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(xì)胞內(nèi)的組織方式,以及特定基因在皮膚組織中的表達(dá)情況。相關(guān)成果登上新一期《細(xì)胞》雜志封面。

這項(xiàng)前所未有的研究意味著:人們復(fù)活滅絕生物,或許不再是夢(mèng)。

“凍干”的染色體化石很珍貴

大多數(shù)古DNA標(biāo)本,都是由非常小且“亂七八糟”的DNA片段組成。美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院基因組結(jié)構(gòu)中心主任艾里茲·利伯曼·艾登認(rèn)為,在繪制人類基因組三維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,如果能找到正確的古DNA樣本,即三維結(jié)構(gòu)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。

研究團(tuán)隊(duì)在大約5年的時(shí)間里測(cè)試了數(shù)十個(gè)樣本,但進(jìn)展依然緩慢。

直到2018年,俄羅斯西伯利亞?wèn)|北部出土了一頭保存異常完好的猛犸象。這頭猛犸象在死后不久就被“凍干”了。由于脫水樣品中的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)可以長(zhǎng)時(shí)間保持,這種條件使DNA以類似玻璃的狀態(tài)被保存下來(lái),避免了以往古DNA樣本的降解問(wèn)題,也讓今天的人們能夠看到前所未有的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

“猛犸象染色體化石的長(zhǎng)度是普通古DNA片段的數(shù)百萬(wàn)倍,代表了一種全新的化石類型。”艾登說(shuō)。

這頭猛犸象在等待人們找到它。團(tuán)隊(duì)異常興奮,因?yàn)檫@次可以深入了解猛犸象的基因組在其活細(xì)胞內(nèi)是如何組織的,以及哪些基因在提取DNA的皮膚組織中是活躍的。不過(guò),“組裝”依然是個(gè)難題。

30億碎片的拼圖需組裝

“想象一下,你有一個(gè)由30億個(gè)碎片組成的拼圖,但卻沒(méi)有最終拼好后的樣子。”西班牙巴塞羅那國(guó)家基因?qū)W中心和基因組調(diào)控中心結(jié)構(gòu)基因組學(xué)家馬丁-雷諾姆說(shuō),幸好“Hi-C技術(shù)可以讓你在把拼圖拼湊在一起之前,有一個(gè)近似的圖像”。Hi-C是團(tuán)隊(duì)為了重建猛犸象的基因組結(jié)構(gòu)而使用的特殊方法。他們從猛犸象耳朵后面采集的皮膚樣本中提取了DNA。Hi-C技術(shù)使他們能夠檢測(cè)DNA的哪些部分可能在空間上非常接近,并在細(xì)胞核中的自然狀態(tài)下相互作用。

然后,他們將Hi-C分析的物理信息與DNA測(cè)序相結(jié)合,以識(shí)別相互作用的DNA片段,并使用當(dāng)今大象的基因組作為模板,創(chuàng)建猛犸象基因組的有序圖譜。分析顯示,猛犸象有28條染色體,與今天的亞洲和非洲大象相同。

通過(guò)檢查細(xì)胞核內(nèi)基因的區(qū)室化,團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別出猛犸象皮膚細(xì)胞內(nèi)活躍和不活躍的基因——這是表觀遺傳學(xué)或轉(zhuǎn)錄組學(xué)的代表。猛犸象的皮膚細(xì)胞與其近親亞洲象的皮膚細(xì)胞相比,具有不同的基因激活模式,這可能包括與其體毛和耐寒性相關(guān)的基因。

染色體化石帶來(lái)無(wú)限可能

這項(xiàng)研究中使用的方法,其實(shí)取決于保存異常完好的化石——該化石所保留的古代染色體結(jié)構(gòu),已精確到了納米級(jí)!但研究團(tuán)隊(duì)樂(lè)觀地認(rèn)為,這一方法也可用來(lái)研究其他古代DNA標(biāo)本,從猛犸象到埃及木乃伊,也包括博物館標(biāo)本。

染色體化石無(wú)疑成為研究地球生命史的有力新工具。這是因?yàn)榈湫偷墓糯鶧NA片段很少超過(guò)100個(gè)堿基對(duì),或遺傳密碼的100個(gè)“字母”——這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于生物體的完整DNA序列(通常有數(shù)十億個(gè)“字母”長(zhǎng)度)。相比之下,染色體化石則可以跨越數(shù)億個(gè)遺傳“字母”。

“染色體化石改變了游戲規(guī)則”,美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院基因組結(jié)構(gòu)中心分子和人類遺傳學(xué)助教奧爾伽·杜德琴科表示,因?yàn)椤巴ㄟ^(guò)將古代DNA分子與現(xiàn)代物種的DNA序列進(jìn)行比較,有可能發(fā)現(xiàn)遺傳密碼中單個(gè)‘字母’發(fā)生變化的情況”。

換句話說(shuō),通過(guò)了解生物體染色體的形狀,科學(xué)家可以組裝出滅絕生物的整個(gè)DNA序列,實(shí)現(xiàn)以前不可能實(shí)現(xiàn)的想法。

但就目前而言,復(fù)活猛犸象,還只是一個(gè)開端。


責(zé)任編輯:陸迪

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