撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

古 DNA（ancient DNA，aDNA）技術(shù)徹底改變了對生活在 200 萬年前的已滅絕和現(xiàn)存生物的研究，使得從多個已滅絕物種中重建基因組以及復(fù)原它們曾經(jīng)繁盛的生態(tài)系統(tǒng)成為可能。

然而，目前的 DNA 測序技術(shù)本身無法直接提供有關(guān)組織身份、基因表達(dá)動態(tài)或轉(zhuǎn)錄調(diào)控的信息，因為這些信息都編碼在RNA中。

近日，瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的研究人員在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表了題為：Ancient RNA expression profiles from the extinct woolly mammoth 的研究論文。

該論文報告了 10 頭晚更新世時期的猛犸象轉(zhuǎn)錄組圖譜，其中一份約 39000 年前的猛犸象樣本提供了足夠細(xì)節(jié)，得以恢復(fù)骨骼肌代謝所必需的組織特異性調(diào)控機(jī)制和生物功能，這是迄今為止記錄到的最古老的古 RNA 序列。該論文展示了研究古 RNA 分子的潛力，突破了先前設(shè)想的局限，為通過時間驗證和解碼保存下來的轉(zhuǎn)錄組提供了一個分析框架。憑借這些研究成果，預(yù)計將會出現(xiàn)將基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)相結(jié)合的綜合古生物學(xué)研究。

RNA 分子在細(xì)胞代謝中發(fā)揮著關(guān)鍵且多樣化的作用，從攜帶編碼信息到生成功能性蛋白質(zhì)，調(diào)控基因表達(dá)，或者憑借其催化特性（作為核酶）促進(jìn)蛋白質(zhì)組裝和內(nèi)含子剪接。動態(tài)的轉(zhuǎn)錄變化塑造并調(diào)控著細(xì)胞在不同發(fā)育階段的代謝，或在環(huán)境刺激下做出適應(yīng)性反應(yīng)，同時對基因組組織和基因表達(dá)進(jìn)行微調(diào)。僅從基因組 DNA 中無法直接獲取如此豐富的信息，而蛋白質(zhì)組學(xué)分析也只能部分捕捉到這些信息。

已滅絕物種的轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)恢復(fù)存在特殊難題，因為無法再獲取新鮮 RNA 來源。盡管古 DNA（ancient DNA，aDNA）和古蛋白質(zhì)在生物死亡后相對穩(wěn)定，在某些情況下可保存數(shù)百萬年，但RNA由于會被核糖核酸酶迅速降解，被認(rèn)為十分脆弱，生物死后若不立即固定，RNA 很難留存下來。因此，盡管在古遺傳學(xué)早期，古 RNA（aRNA）研究曾處于前沿地位，但此類研究一直較為罕見。不過，人們已成功利用福爾馬林固定石蠟包埋（FFPE）組織對歷史上的 RNA 病毒基因組進(jìn)行測序，例如 H1N1 “西班牙流感”病毒或 HIV 病毒。此外，近期研究還表明，從古動物和歷史動物標(biāo)本中提取并測序 RNA，其分辨率足以揭示組織特異性基因表達(dá)模式。盡管取得了這些開創(chuàng)性成果，但 aRNA 研究領(lǐng)域仍處于起步階段。

在這項研究中，研究團(tuán)隊嘗試將古 RNA（aRNA）記錄拓展到對已滅絕古生物的古代轉(zhuǎn)錄組的研究中，例如著名的已滅絕動物——猛犸象。

研究團(tuán)隊提出了一種用于分離 aRNA 分子的方法框架，該框架借鑒并拓展了以往利用歷史和古代樣本的研究成果。此外，該研究概述了通過宏基因組學(xué)和宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法進(jìn)行的質(zhì)量控制措施，以及測序深度考量、映射策略和序列分析，旨在表征古轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)中的特征。這些分析考慮到了 aRNA 分子固有的映射特性和片段化特性，以排除 DNA 污染對基因豐度分析造成偏差的來源。此外，該研究還提出了用于確定 aRNA 序列轉(zhuǎn)錄豐度、組織身份和內(nèi)源性起源的標(biāo)準(zhǔn)。

研究團(tuán)隊將這些方法應(yīng)用于猛犸象樣本，報告了 10 頭晚更新世時期猛犸象的轉(zhuǎn)錄組圖譜，其中一頭猛犸象的年代約為 39000 年前，這也是迄今為止記錄到的最古老的古RNA（aDNA）序列。研究團(tuán)隊從其中一個猛犸象樣本中鑒定出了幾種肌肉特異性 mRNA，并基于猛犸象來源的 aRNA 序列的基因表達(dá)證據(jù)，在猛犸象基因組組裝中發(fā)現(xiàn)了可能的新型miRNA候選基因位點(diǎn)。

該研究的亮點(diǎn)：

• 晚更新世時期的猛犸象組織中保存有古 RNA 分子；

• 轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)能夠?qū)π碌姆蔷幋a基因座進(jìn)行注釋；

• 組織特異性基因表達(dá)模式在時間的推移中得以保持；

• 古 RNA 表達(dá)譜揭示了已滅絕古生物的缺失的見解。

總的來說，這項研究表明，有可能從大約 4 萬年前的古代樣本中提取、測序、分析和驗證轉(zhuǎn)錄組圖譜，從而為從廣泛存在的更新世遺骸（包括已滅絕和現(xiàn)存物種）中生成古 RNA 圖譜打開了大門。

最后，研究團(tuán)隊表示，基于這項研究，預(yù)計將會出現(xiàn)基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)相結(jié)合的綜合古生物學(xué)研究。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01231-0