52000年前的猛犸象皮保留了其古老的基因组结构

贝勒医学院等机构的科学家表示，他们在 52,000 年前死于现在西伯利亚的雌性猛犸象(Mammuthus primigenius)的遗骸中发现了古代染色体的亚化石。这些化石保存了远古染色体的结构，精确到纳米级——十亿分之一米。研究人员推测，猛犸象的皮肤在西伯利亚的寒冷中自发冻干，导致玻璃化转变，从而保存了化石。

贝勒医学院基因组结构中心主任埃雷兹·利伯曼·艾登博士说：“这是一种新类型的化石，它的规模远远超过单个古代 DNA 片段——序列多了一百万倍。”

“这也是第一次对古代样本进行核型测定。”

了解基因组的三维结构可以提供除其序列之外的大量额外信息，但大多数古代 DNA 样本都由非常小、杂乱的 DNA 片段组成。

艾登博士及其同事在绘制人类基因组三维结构的基础上，认为如果能够找到正确的古代 DNA 样本，就有可能使用相同的策略来组装古代基因组。

他们在五年的时间里检测了数十个样本，最终在 2018 年 9 月于西伯利亚东北部萨哈共和国白山附近挖掘出一具保存异常完好的猛犸象化石。

“我们认为它在死亡后不久就自发地冻干了。脱水样本中的细胞核结构可以存活很长时间，”贝勒医学院基因组结构研究中心的奥尔加·杜琴科博士说。

为了重建猛犸象的基因组结构，作者从猛犸象耳后皮肤样本中提取了 DNA。

他们使用了一种名为Hi-C的方法，可以检测出哪些 DNA 片段可能在空间上非常接近，并且在细胞核的自然状态下相互作用。

“想象一下，你有一个由 30 亿块组成的拼图，但你却没有最终拼图的图像作为参考，”法国国家基因组分析中心和基因组调控中心的结构基因组学家马克·马蒂-雷诺姆 (Marc Marti-Renom) 教授说道。

“Hi-C 可以让你在开始将拼图碎片拼凑在一起之前对图像有一个近似的了解。”

然后，他们将来自 Hi-C 分析的物理信息与 DNA 测序相结合，以识别相互作用的 DNA 片段，并以当今大象的基因组为模板，创建猛犸象基因组的有序图谱。

分析显示，猛犸象有 28 条染色体，与现在的亚洲象和非洲象的数量相同。

值得注意的是，化石猛犸象染色体还保留了大量的物理完整性和细节，包括将转录因子与其控制的基因联系起来的纳米级环路。

通过检查细胞核内基因的分区，科学家们能够识别猛犸象皮肤细胞内活跃和非活跃的基因 - 表观遗传学或转录组学的代理。

猛犸象的皮肤细胞与其近亲亚洲象的皮肤细胞相比具有独特的基因激活模式，其中包括可能与其毛茸茸和耐寒性相关的基因。

马蒂-雷诺姆教授说：“这是我们第一次大致了解猛犸象组织中哪些基因被开启，哪些基因被关闭。”

“这是一种非凡的新型数据，这是首次测量古代 DNA 样本中基因的细胞特异性基因活性。”

该团队的研究成果今天发表在《细胞》杂志上。