濒临灭绝的北方白犀牛的基因组为该物种的复兴带来了希望

北方白犀牛是地球上最稀有的动物之一，只剩下两只雌性，而且该物种没有自然繁殖的方式。

现在，斯克里普斯研究所、圣地亚哥动物园野生动物联盟、马克斯·普朗克分子遗传学研究所和其他合作者的一个国际科学家团队绘制了一头北方白犀牛的整个基因组。这代表着利用先进的生殖技术将极度濒危物种从边缘带回来的关键一步。

完整的基因组可以作为分析以前开发的北方白犀牛干细胞健康状况的参考。最终，这些干细胞可能能够产生精子和卵子，从而产生新的犀牛。

基因组发表在PNAS上。

“这一里程碑令人兴奋的是，我们越来越接近能够拯救在我们有生之年可能灭绝的动物，”斯克里普斯研究所名誉教授、圣地亚哥动物园野生动物联盟研究员、共同资深作者珍妮·洛林说。“这不仅是白犀牛的巨大进步，也是整个动物保护领域的巨大进步。”

这项新的努力结合了尖端的DNA测序和基因组作图技术，构建了一个高质量的基因组。科学家们使用了之前从一只名为Angalifu的雄性北方白犀牛身上收集的细胞，Angalifu一直生活在圣地亚哥动物园野生动物园，直到2014年去世。当时，他的皮肤细胞在圣地亚哥动物园野生动物联盟的冷冻动物园进行了冷冻保存。

“我们将多种技术结合在一起，制作出最准确的基因组图谱，”洛林说。“这就像犀牛版的人类基因组计划。”

这个新的基因组也是拯救濒危物种的重要工具。2011年，洛林的团队从北方白犀牛身上创造了第一个诱导多能干细胞。此后，他们与圣地亚哥动物园野生动物联盟合作，从九只不同的北方白犀牛身上创造了其他干细胞系。

这些实验室培养的细胞有能力变成任何其他细胞类型，包括可能用于制造胚胎的卵子和精子。圣地亚哥动物园野生动物联盟的保护遗传学科学家Marisa Korody说：“合作是实现这一里程碑不可或缺的一部分。”。

“这个高质量的参考基因组是这个谜题的关键部分，它帮助我们了解干细胞是如何运作的，并指导我们在遗传救援过程中的下一步。如果没有冷冻动物园和几十年前保存了细胞的犀牛，这一切都是不可能的。”

但一个主要的障碍一直是质量控制。在没有参考基因组的情况下，科学家们不知道这些干细胞是否在实验室生长过程中发生了有害突变，这是人类和动物干细胞的常见问题。

在这项新研究中，Loring的团队能够使用新的完整基因组来分析之前创建的干细胞谱系。他们发现，最有希望的干细胞系之一缺失了大量DNA，超过3000万个碱基对影响了200多个基因，包括与生殖和肿瘤抑制有关的基因。

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“如果我们没有构建这个基因组，我们就不会知道这一点，”洛林补充道。“我们以为我们有一个很好的干细胞系，但事实证明它有一个突变，可能会使其不安全地用于繁殖。现在我们可以回去筛查所有其他细胞。这成为决定使用哪些细胞的黄金标准。”

新的基因组还解决了关于北方和南方白犀牛到底有多不同的挥之不去的问题。

一些早期的数据表明，DNA存在显著差异，这可能会使南方白犀牛植入北方白犀牛胚胎的风险增加。但最新的比较显示，它们的基因组惊人地相似，这让科学家们相信，数量多得多的南部白犀牛可以作为替代品，而不会出现重大并发症。

对于自2007年以来一直致力于这个项目的洛林来说，新的基因组是可能性的象征。“现在我们有了它们的基因组，我们可以应用我们为人类开发的所有工具——CRISPR基因编辑、报告基因，一切——来帮助拯救它们。”洛林说，这项工作也为其他濒危物种树立了一个强有力的榜样。拯救数百种不同濒危物种的努力——从哺乳动物和鸟类到植物和珊瑚——取决于像冷冻动物园那样谨慎的生物银行。

“冷冻动物园有先见之明，冷冻了这些动物的实际细胞，”她说。“这意味着我们不是试图用古老、受损的DNA碎片来重建一个物种。我们有真实的东西。”

最终，我们的目标是培育健康的胚胎并将其植入代孕母亲体内，然后在受保护的环境中饲养由此产生的小牛。洛林很快指出，这不是《侏罗纪公园》，也不依赖于基因编辑或工程。

“我们不是在复活一个神秘的物种，而是在恢复一个我们仍然熟悉的物种，”她补充道。“犀牛又大又温顺，令人难忘。它是科学为对抗灭绝所做努力的完美象征。”