得益于偶然冻干的皮肤，首次对52000年前的猛犸象染色体进行了3D重建

一个国际研究小组组装了一头52000年前长毛象的基因组和3D染色体结构，这是首次对任何古代DNA样本实现这一壮举

这些化石染色体比大多数古代DNA片段长约一百万倍，可以深入了解猛犸象的基因组在活细胞内是如何组织的，以及哪些基因在提取DNA的皮肤组织内是活跃的

这种前所未有的结构细节得以保留，因为猛犸象在死亡后不久就进行了冷冻干燥，这意味着它的DNA被保存在玻璃状状态。研究结果发表在7月11日的《细胞》杂志上

“这是一种新型化石，其规模使单个古代DNA片段相形见绌，是序列的一百万倍，”通讯作者、贝勒医学院基因组架构中心主任Erez Lieberman Aiden说。“这也是第一次为古代样本确定任何类型的核型。”

了解基因组的三维结构可以提供其序列之外的许多额外信息，但大多数古代DNA样本都是由非常小的、混乱的DNA片段组成的。在绘制人类基因组3D结构的基础上，艾登认为，如果能够找到正确的古代DNA样本——一个片段的3D组织仍然完整的样本——就有可能使用相同的策略来组装古代基因组

研究人员在五年的时间里测试了数十个样本，然后降落在2018年在西伯利亚东北部发掘的一只保存异常完好的猛犸象上。

贝勒医学院基因组结构中心的通讯作者Olga Dudchenko说：“我们认为它死后不久就会自发冻干。”。“脱水样本中的核结构可以存活很长一段时间。”

为了重建猛犸象的基因组结构，研究人员从猛犸象耳朵后面采集的皮肤样本中提取了DNA。他们使用了一种称为Hi-C的方法，该方法允许他们检测哪些DNA片段可能在空间上非常接近，并在细胞核的自然状态下相互作用

通讯作者Marc a.Marti Renom说：“想象一下，你有一个有30亿块拼图的拼图，但你没有最后一个拼图的图片。”他是ICREA的研究教授，也是巴塞罗那国家安尼斯基因中心（CNAG）和基因组调控中心（CRG）的结构基因组学家

“在开始拼凑拼图之前，Hi-C可以让你对图片有一个近似值。”

然后，他们将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，并使用当今大象的基因组作为模板，创建猛犸象基因组的有序图谱

分析显示，长毛猛犸象有28条染色体，与今天的亚洲和非洲象的数量相同。值得注意的是，猛犸象染色体化石还保留了大量的物理完整性和细节，包括使转录因子与它们控制的基因接触的纳米级环

通过检查细胞核内基因的划分，研究人员能够确定猛犸象皮肤细胞内活跃和不活跃的基因，这是表观遗传学或转录组学的代表。与猛犸象的近亲亚洲象的皮肤细胞相比，猛犸象皮肤细胞具有不同的基因激活模式，包括可能与长毛和耐寒性相关的基因

Marti Renom说：“我们第一次有了猛犸象组织，我们大致知道哪些基因被打开，哪些基因被关闭。”。“这是一种非同寻常的新型数据，也是对任何古代DNA样本中基因的细胞特异性基因活性的首次测量。”

尽管这项研究中使用的方法取决于保存异常完好的化石，但研究人员乐观地认为，它可用于研究其他古代DNA标本——从猛犸象到埃及木乃伊——以及最近保存的博物馆标本

对于猛犸象，下一步将包括检查其他组织的表观遗传模式。通讯作者、哥本哈根大学和挪威科技大学的古基因组学家M.Thomas Gilbert说：“这些结果对当代旨在消除猛犸象灭绝的努力具有明显的影响。” More information: Three-dimensional genome architecture persists in a 52,000-year-old woolly mammoth skin sample, Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.06.002. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00642-1

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