冷凍又乾燥的猛獁象身體揭示了最完整的古代生物基因組
科學家組裝出了最完整的長毛猛獁象基因組三維重建圖,這要歸功於一個死後直接”凍乾”的保存完好的標本。由於其DNA 被保存在類似玻璃的狀態下,研究團隊首次發現了染色體化石,甚至可以看到哪些基因處於開啟和關閉狀態。
長毛象和其他冰河時期的動物經常被拖出永久凍土層,它們的軟組織保存得相對完好。但是,經過數萬年,甚至長達一百萬年的時間,這些古老的DNA 通常會被分解成小的片段,因此很難重建拼圖。
儘管如此,科學家們之前已經成功地對猛獁象的基因組進行了定序,但這只是成功的一半。該基因組的三維結構提供了大量額外信息,這對於像Colossal 這樣計劃在未來十年內復活長毛猛獁象的新創公司來說至關重要。
現在,科學家發現了一隻保存完好的猛獁象,它保留了這種三維結構。這具大型雌性標本的歷史可以追溯到5.2 萬年前,於2018 年在西伯利亞東北部的永久凍土層中挖出。幸運的是,在這頭巨像死後,天氣似乎有效地將它的屍體迅速凍乾,使其細胞結構保持得比平常更完整。這導致DNA片段比大多數古代樣本中發現的片段長達一百萬倍。
凍乾猛獁象腳的一部分
研究人員從猛獁象的耳後提取了皮膚樣本,從中提取了DNA,然後用一種稱為Hi-C的方法進行了分析。這種技術的工作原理是檢測細胞核中哪些DNA片段物理上靠得很近,這意味著它們更有可能相互作用。由此可以繪製出基因組的三維結構圖。 Hi-C 已經被用來繪製人類基因組圖譜。
該研究的通訊作者馬克-A-馬蒂-雷諾姆(Marc A. Marti-Renom)說:”想像一下,你有一個有30 億塊拼圖,但你沒有最終拼圖的圖片。Hi-C讓你在開始拼拼圖之前,就能得到一幅近似的圖畫。
研究人員以現代大象的基因組為模板,利用Hi-C繪製了第一張猛獁象基因組三維圖。結果顯示,猛獁像有28 條染色體,與活著的大象數量相同。
令人難以置信的是,長毛象的基因組被保存得非常詳細,研究團隊可以看到幫助調控基因的奈米級環路,甚至可以確定哪些基因在長毛象的皮膚細胞中處於活躍和非活躍狀態。這些基因活化模式與在亞洲象身上看到的不同,這可能表明基因與亞洲象的耐寒性和它身上的”絨毛”有關。
馬蒂-雷諾姆說:”我們第一次有了一個長毛象組織,可以大致知道哪些基因被開啟,哪些基因被關閉。這是一種非同尋常的新型數據,它是對任何古代DNA樣本中基因的細胞特異性基因活性的首次測量。
研究團隊表示,下一步將研究猛獁像其他組織的基因表現模式。這些數據可能對猛獁象的滅絕工作極為重要。這項技術也可用於其他保存完好的古DNA樣本,包括木乃伊。
這項研究發表在《細胞》雜誌。