科學家重現5.2萬年前「長毛象基因組」，揭示古代染色體結構

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科學家在西伯利亞發現了一頭死亡於5.2萬年前的雌性毛象遺骸，成功提取並重建其基因組結構，揭示了古代染色體的三維結構。這一發現標誌著古代DNA研究的一大突破，為理解古代生物的遺傳結構和功能提供了全新視角。

這次研究由貝勒醫學院的科學家主導，研究團隊在毛象遺骸中發現了保存良好的古染色體亞化石，這些染色體的結構保存到奈米級。研究人員推測，毛象皮膚在西伯利亞的嚴寒中自發凍乾，進而形成了玻璃轉變狀態，保存了這些化石。

研究團隊提取了這頭毛象耳朵後方的皮膚樣本，使用一種名為「Hi-C」的方法來檢測DNA各部分在細胞核中的自然狀態下可能的相互作用。他們將Hi-C分析所得的物理信息與DNA測序結合，創建了毛象基因組的有序圖譜，並使用現代大象的基因組作為模板。結果顯示，毛象擁有28條染色體，與現代亞洲象和非洲象相同。



首次知道長毛象哪些基因是開啟的，哪些是關閉的



(A) 古代DNA破碎：如果碎片過於自由移動，會失去原始3D結構；若限制移動，則可用Hi-C技術研究。
(B) 主要樣本：來自猛獁象皮膚。
(C) 組織學：包含皮膚層、毛囊和皮下肌肉。
(D) PaleoHi-C方法：收集樣本，交聯固定，研磨，使用限制酶切割，修復和標記DNA，連接接近的DNA片段，並建庫和測序。
(E) 數據比較：PaleoHi-C數據顯示長距離接觸，與現代大象皮膚Hi-C數據相似。
(F) 總結統計：PaleoHi-C數據總結（圖／《細胞》）


「這是一種全新的化石類型，其規模遠遠超過了單個古代DNA片段——多達百萬倍的序列，」貝勒醫學院基因組結構中心主任Erez Lieberman Aiden博士說。

「這也是首次從古代樣本中確定染色體核型。」

研究顯示，毛象的染色體保持了極高的物理完整性和細節，包括將轉錄因子與其控制基因相連的奈米級環路。通過檢查基因在細胞核中的分區，科學家能夠識別毛象皮膚細胞中活躍和不活躍的基因，這是一種表觀遺傳學或轉錄組學的代理。

毛象皮膚細胞的基因激活模式與其最接近的現代親屬——亞洲象的皮膚細胞相比，有顯著的不同，包括可能與其毛茸茸特徵和耐寒性相關的基因。

「這是第一次，我們有一個毛象組織，可以大致知道哪些基因是開啟的，哪些基因是關閉的，」Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica和Centre for Genomic Regulation的結構基因組學家Marc Marti-Renom教授說。

「這是一個非凡的新數據類型，也是任何古代DNA樣本中首次測量到的細胞特異性基因活動。」

這項研究成果今天（2024/7/12）發表在《細胞》。



資料來源 : 明日科學
https://tomorrowsci.com/animals/20240712_01/