重大突破！科学家首次重建5.2万年前猛犸象三维染色体结构

重大突破！科学家首次重建5.2万年前猛犸象三维染色体结构

近日，一项发表在《细胞》杂志上的研究宣布了一个令人振奋的消息：科学家们首次成功重建了一只生活在5.2万年前的猛犸象的三维染色体结构。这一突破不仅揭示了猛犸象基因组在细胞内的组织方式，还为未来复活这种史前巨兽提供了新的可能性。

基因组的三维结构包含了除序列之外的许多额外信息。然而，大多数古DNA标本都是由非常小的、混乱的DNA片段组成，这使得重建其三维结构变得极其困难。研究团队负责人、美国贝勒医学院基因组结构中心主任Erez Lieberman Aiden表示，如果能找到三维结构仍然完好的古DNA样本，就有可能使用同样的策略组装古代基因组。

研究团队在5年的时间里测试了数十个样本，但进展缓慢。幸运的是，2018年在俄罗斯西伯利亚东北部出土了一只保存异常完好的猛犸象。这只猛犸象在死后不久就被冻干了，脱水样品中的细胞核结构可以保存很长时间。这种独特的保存条件使得DNA以类似玻璃的状态被保存下来，避免了常规古DNA样本常见的降解问题，从而保存了前所未有的结构细节。

为了重建猛犸象的基因组结构，研究人员从其耳后的皮肤样本中提取了DNA。他们使用了一种名为Hi-C的方法，可以检测到DNA的哪些部分在空间上很接近，并在细胞核中以自然状态相互作用。西班牙巴塞罗那国家基因学中心的结构基因组学家MarcA.Marti-Renom将这一过程比喻为拼图游戏：“想象一下，你有一个由30亿个碎片组成的拼图，但却没有最终拼好后的样子。Hi-C可以让你在开始拼凑之前，有一个近似的图像。”

结合DNA测序，研究人员确定了相互作用的DNA区域，并参照现代大象的基因组构建了猛犸象基因组的有序模型。结果显示，猛犸象有28条染色体，与现生亚洲象和非洲象一致。特别值得注意的是，猛犸象染色体保留了高度的物理完整性和精细特征，如纳米级的环状结构，这对转录因子与目标基因的交互至关重要。

通过检查细胞核内基因的区隔化，研究人员能够识别猛犸象皮肤细胞内活跃和不活跃的基因。与其最近的亲戚亚洲象的皮肤细胞相比，猛犸象的皮肤细胞有不同的基因激活模式，包括可能与长毛和耐寒性有关的基因。Marti-Renom表示：“我们首次有了一个猛犸象组织，并大致知道哪些基因被打开、哪些基因被关闭。这是一种非凡的新型数据，也是对任何古DNA样本的细胞特异性基因活性的首次测量。”

尽管这项研究使用的方法依赖于保存完好的化石，但研究人员乐观地认为，它可以用于研究从猛犸象到埃及木乃伊，以及近代博物馆标本的古代DNA样本。丹麦哥本哈根大学的古基因组学家M.Thomas Gilbert表示：“这些结果对复活猛犸象有明显的帮助。”接下来，研究人员将检查猛犸象其他组织的表观遗传模式，以进一步揭示这种史前巨兽的奥秘。

这项突破性研究不仅为我们提供了关于猛犸象生理特征的新见解，还展示了古DNA研究的巨大潜力。随着技术的不断进步，我们或许有一天能够真正复活这些已经消失的史前生物，让它们再次漫步在地球之上。