Cell：已灭绝猛犸象的古RNA表达谱|dna|rna|灭绝|猛犸象|转录组

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

古 DNA（ancient DNA，aDNA）技术彻底改变了对生活在 200 万年前的已灭绝和现存生物的研究，使得从多个已灭绝物种中重建基因组以及复原它们曾经繁盛的生态系统成为可能。

然而，目前的 DNA 测序技术本身无法直接提供有关组织身份、基因表达动态或转录调控的信息，因为这些信息都编码在RNA中。

近日，瑞典斯德哥尔摩大学的研究人员在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Ancient RNA expression profiles from the extinct woolly mammoth 的研究论文。

该论文报告了 10 头晚更新世时期的猛犸象转录组图谱，其中一份约 39000 年前的猛犸象样本提供了足够细节，得以恢复骨骼肌代谢所必需的组织特异性调控机制和生物功能，这是迄今为止记录到的最古老的古 RNA 序列。该论文展示了研究古 RNA 分子的潜力，突破了先前设想的局限，为通过时间验证和解码保存下来的转录组提供了一个分析框架。凭借这些研究成果，预计将会出现将基因组学、蛋白质组学和转录组学相结合的综合古生物学研究。

RNA 分子在细胞代谢中发挥着关键且多样化的作用，从携带编码信息到生成功能性蛋白质，调控基因表达，或者凭借其催化特性（作为核酶）促进蛋白质组装和内含子剪接。动态的转录变化塑造并调控着细胞在不同发育阶段的代谢，或在环境刺激下做出适应性反应，同时对基因组组织和基因表达进行微调。仅从基因组 DNA 中无法直接获取如此丰富的信息，而蛋白质组学分析也只能部分捕捉到这些信息。

已灭绝物种的转录数据恢复存在特殊难题，因为无法再获取新鲜 RNA 来源。尽管古 DNA（ancient DNA，aDNA）和古蛋白质在生物死亡后相对稳定，在某些情况下可保存数百万年，但RNA由于会被核糖核酸酶迅速降解，被认为十分脆弱，生物死后若不立即固定，RNA 很难留存下来。因此，尽管在古遗传学早期，古 RNA（aRNA）研究曾处于前沿地位，但此类研究一直较为罕见。不过，人们已成功利用福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织对历史上的 RNA 病毒基因组进行测序，例如 H1N1 “西班牙流感”病毒或 HIV 病毒。此外，近期研究还表明，从古动物和历史动物标本中提取并测序 RNA，其分辨率足以揭示组织特异性基因表达模式。尽管取得了这些开创性成果，但 aRNA 研究领域仍处于起步阶段。

在这项研究中，研究团队尝试将古 RNA（aRNA）记录拓展到对已灭绝古生物的古代转录组的研究中，例如著名的已灭绝动物——猛犸象。

研究团队提出了一种用于分离 aRNA 分子的方法框架，该框架借鉴并拓展了以往利用历史和古代样本的研究成果。此外，该研究概述了通过宏基因组学和宏转录组学方法进行的质量控制措施，以及测序深度考量、映射策略和序列分析，旨在表征古转录数据中的特征。这些分析考虑到了 aRNA 分子固有的映射特性和片段化特性，以排除 DNA 污染对基因丰度分析造成偏差的来源。此外，该研究还提出了用于确定 aRNA 序列转录丰度、组织身份和内源性起源的标准。

研究团队将这些方法应用于猛犸象样本，报告了 10 头晚更新世时期猛犸象的转录组图谱，其中一头猛犸象的年代约为 39000 年前，这也是迄今为止记录到的最古老的古RNA（aDNA）序列。研究团队从其中一个猛犸象样本中鉴定出了几种肌肉特异性 mRNA，并基于猛犸象来源的 aRNA 序列的基因表达证据，在猛犸象基因组组装中发现了可能的新型miRNA候选基因位点。

该研究的亮点：