Nature头条:创造世界纪录的基因组测序

【字体: 时间:2013年06月28日 来源:生物通

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  来自哥本哈根大学的研究人员,针对生存于大约70万年前的一匹马的骨骼残余物中的DNA分子进行了测序和分析,生成了完整的基因组序列。这是迄今为止测序的最古老基因组,相比于以往记录的,来自西伯利亚丹尼索瓦(Denisova )洞穴有着8万年历史的原始人类基因组,要古老近10倍。这一基因组还以新的视角阐释了马进化的几个方面。

  

生物通报道  来自哥本哈根大学的研究人员,针对生存于大约70万年前的一匹马的骨骼残余物中的DNA分子进行了测序和分析,生成了完整的基因组序列。这是迄今为止测序的最古老基因组,相比于以往记录的,来自西伯利亚丹尼索瓦(Denisova )洞穴有着8万年历史的原始人类基因组,要古老近10倍。这一基因组还以新的视角阐释了马进化的几个方面。研究结果发表在6月26日的《自然》(Nature)杂志上。

澳大利亚格里菲斯大学的David Lambert和丹麦奥兰克大学的Craig Millar在一篇附随评论中写到:“该研究提出了一个诱人的观点:在适合的环境条件下,或许能够重新获得数百万年历史的完整基因组。”

论文的主要作者、哥本哈根大学地质遗传学中心的Ludovic Orlando,在芬兰首都赫尔辛基世界科学记者联盟(World Conference of Science Journalists)召开的一次新闻发布会上说,事实上,即便在气候温和的环境中,也有可能重新获得大约有50万年历史的DNA。这为获得来自如海德堡人(Homo heidelbergensis,距今60万年)和直立猿人(Homo erectus)等祖先人类样本的基因组信息,提供了可能性。

Lambert和Miller写到:“将这样的基因组信息,与丹尼索瓦人和穴居人基因组相结合,将无疑能够阐明人类和我们的古人类祖先的进化史。”

2003年,Orlando和同事们在加拿大育空地区(Yukon Territory)的永久冻土中,发掘出了一个骨骼化石碎片。这一骨碎片来自于一匹马的腿,距今大约56-78万年。利用来自这一骨碎片的样本,研究人员采用第二代Illumina仪器,以及第三代工具Helicos平台进行了测序。采用Helicos平台,不需像从前一样进行DNA扩增,就可以实现单分子测序,由此降低了污染的风险,提高了对内源性DNA小片段的获取。尽管Helicos平台读取的样本中马DNA的比例只有4.21%,已足够生成一个全基因组草图。

为了进行比较,研究人员还对一匹距今4.3万年的马、5个当代驯化马品种、一只驴以及一匹普氏野马(Prezwalski’s horse,被认为是地球上最后幸存的真正野马)的基因组进行了测序。利用这些数据解答了关于马进化的几个问题。首先,研究人员计算出了马属所有物种,包括现代马、驴和斑马最近的共同祖先存在的时间,在400-450万年之前,比原来认为的时间要早两倍。“因此它们有长达两倍的时间来进化成为我们今天称为的马属群,”研究的共同作者、地质遗传学中心的Eske Willerslev说。

研究小组还发现,没有基因组数据表明,普氏野马与驯化马进行了交配,因此证实了它确实是最后的真正的野马。“没有在这些马中发现驯化遗传学,”Willerslev说。此外,普氏野马还保留了显著的遗传多样性,就这些物种的未来而言这是一个好消息。

研究人员还在驯化马中发现了与嗅觉和免疫系统相关的一些基因正选择的证据,表明这些基因有可能成为驯化的遗传标记。

然而,对于大多数研究人员而言,该研究的真正意义在于,它将古基因组学的时间范围向后推动了近10倍。“在这项研究之前,许多专家都认为,不太可能重新获得来自这一时期样本的基因组,因为在一个生物体死亡后DNA快速地降解成了更短的片段,”Lambert和Miller在他们的评论中写道。

Willerslev认为,获得这一壮举的主要原因可能在于,骨骼被埋藏在极冷的永久冻土中。尽管对于这样的一个古老的样本而言它相对完好,DNA的“保存仍然超级差”。事实上,是多亏了近年来包括单分子测序在内的DNA测序技术不断的取得进展,信息学不断得到改进,研究人员才能够从残存的短DNA片段中获得全基因组。有趣的是,他们还利用了质谱技术对73个蛋白质进行了测序,其中包括诸如凝血因子等一些血液肽,表明了这一蛋白质组学方法活血也可适用于保存完好的古代标本。

Orlando说:“我们惊讶于样本的质量。我们不仅打破了确定最古老基因组特征的记录,时间提高了近一个数量级……我们还发现了一大堆的组学方法可用于确定深远进化过程的特征。”

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Recalibrating Equus evolution using the genome sequence of an early Middle Pleistocene horse

The rich fossil record of equids has made them a model for evolutionary processes1. Here we present a 1.12-times coverage draft genome from a horse bone recovered from permafrost dated to approximately 560–780 thousand years before present (kyr bp)2, 3. Our data represent the oldest full genome sequence determined so far by almost an order of magnitude. For comparison, we sequenced the genome of a Late Pleistocene horse (43 kyr bp), and modern genomes of five domestic horse breeds (Equus ferus caballus), a Przewalski’s horse (E. f. przewalskii) and a donkey (E. asinus). Our analyses suggest that the Equus lineage giving rise to all contemporary horses, zebras and donkeys originated 4.0–4.5 million years before present (Myr bp), twice the conventionally accepted time to the most recent common ancestor of the genus Equus……

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