科学家用测序技术分析炎热潮湿环境中的古DNA
时间:2017-12-07

  科学家利用测序技术分析热和潮湿环境中的古代DNA

  当Tania Gutirrez Garc把40只猎豹的口袋塞进一个比鞋盒更小的包装中,并于2009年将其带到了加拿大时,她相当自信地感到失望。当时,Gutirez是墨西哥国立自治大学生物学博士研究生,接受邀请在麦克马斯特大学着名的DNA古老实验室呆了三个月。在那里,她将与对庞大基因组测序的科学家一起工作。 Gutirez的目标是在14000年前从12000年前的混蛋中提取DNA,并重建他们的血统。

  然而,即使在这个曾经使各种幻想梦想成真的实验室里,她的项目看起来也不可能成功。在北极冻土中发现了猛犸象的样本,在那里持续的寒冷和干燥的条件被认为是最好的保存古代的DNA。古蒂雷斯的双性恋者在炎热潮湿的尤卡坦山中死去,她甚至不知道是否还有任何DNA残留在他们的骨头里,但是这些老鼠的下巴最终还是发出了一个惊喜,让人们看到了黎明​​,那个古老的DNA能够回答那些曾经无法实现的问题。

  世界上大部分的生物多样性都是从热带地区演变而来的,这些纬度的古代DNA可以解决统治南美洲和澳大利亚的特殊大型动物群的起源,并回答关于印度尼西亚霍比特人(Hobbits)是原始人类的特有种类或现代人类争论的不完美之处,然而,当古铁人前往加拿大时,几乎所有从热带地区恢复古代DNA的尝试都失败了。

  上述McMaster大学实验室的进化遗传学家Hendrik Poinar说,DNA是一种众所周知的脆弱分子。暴露于水或氧气会破坏将双螺旋结合在一起的化学键。当活的有机体,细胞可以迅速修复这种损害。但是,死后化学过程会造成严重的破坏,DNA被分成许多小部分,有时只有几个碱基的长度。

  数十年来,科学家们认为唯一可以分析古DNA的地方是在寒冷干燥的环境中。低温会减慢化学反应,抑制可吞噬细胞并暴露内部脆弱DNA的微生物活性。干燥应该减少水分对DNA分子的攻击。

  过去的经验证实了这些假设。自本世纪初以来,令人印象深刻的可证实的结果已经开始从寒冷的环境中流出。一个小组成功测序了迄今为止已知的最古老的育空地区70万年的马基因组。其他人从西伯利亚Denisov Cave的一些小指骨上找到了一个全新的人类基因组。与此同时,值得关注的热带地区,如霍比特人的排序,正在令人心碎。

  古蒂雷斯了解这一切。因此,当麦克马斯特大学实验室的学生们嘲笑她咬牙切齿的计划时,Gutirez并不感到惊讶。这些颚是在上个世纪七,八十年代从尤卡坦半岛的Loltun石灰石洞穴发掘出来的,后来被储存在墨西哥城。她知道她有两次90%的机会回墨西哥。但是,这些骨头有一些特点,把重点放在10%的成功几率上。

  首先,古铁雷斯发现,她可以分解这些挤压的颚,以追踪那些古代DNA最有可能被发现的dioids牙齿的根部。她也知道,她的样本有优势,因为胸骨被保存在石灰岩洞穴中。如果深度足够,洞穴通常比表面凉爽,里面的温度往往是恒定的。同时,石灰石洞穴可防止DNA被酸性土壤吞噬作为缓冲介质。

  在麦克马斯特大学,古铁雷斯使用当时主要的基于聚合酶链式反应(PCR)的DNA序列扩增。她从12个颚骨中成功地提取了6个重迭的古DNA片段,总共666个碱基对。比较这些双性恋的序列与现存亲属的DNA,Gutirez精确地勾画了尤卡坦双性恋的谱系,并于去年夏天在“生物学结果书”中发表。她,Poinar和合作研究员说热带古老脱氧核糖核酸样品结果是空前的成功。

  一些科学家正在说服类似的结果,洛尔顿可能不是一个机会。尽管澳大利亚古代遗传学家科廷大学的迈克尔·邦斯(Michael Bunce)等人很可能永远不会获得与热带地区北极相同的古代基因序列,因为在温暖的气候条件下DNA容易分解,但相对较新来自热带的DNA可以回答足够多有趣的问题。丹麦哥本哈根大学的古代遗传学家Hannes Schroeder及其同事试图在克里斯托弗·哥伦布到达之前,从加勒比地区居住在加勒比地区的埃索达热那亚部落成员那里提取古DNA。他们希望揭示人们如何以及何时到达加勒比地区,人类居住的最后一个地方。斯坦福大学的Schroeder合作者和博士后Marvala希望利用来自16世纪和17世纪骨骼的古代DNA,研究非洲奴隶贸易对墨西哥人口遗传学的影响。

  今天Guti rrez的初步分析已经过时了,因为以PCR为中心的方法已经被下一代测序技术所取代,这种技术可以让科学家们分析更短的DNA片段,并帮助消除现代序列污染,于是她于2011年返回麦克马斯特大学,迄今为止,Gutirez已经使用新技术测序了2000多对未受污染的碱基对,根据Poinar的说法,最终结果将是令人印象深刻的(宗华)

  中国科学通报(2015-08-24第3版国际)

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