猛獁象模型 圖片來源：維基百科/加拿大皇家維多利亞博物館
一個國際研究小組組裝了一隻5.2萬年前的猛獁象的基因組和三維染色體結構，這是首次藉助古代DNA樣本取得這樣的成果。這些染色體化石比大多數古DNA片段長100萬倍左右，可以讓我們深入瞭解猛獁象的基因組在活細胞內是如何組織的，以及哪些基因在提取DNA的猛獁象皮膚組織中是活躍的。
這種前所未有的結構細節得以保留，是因為該猛獁象死後不久就被凍幹，這意味著它的DNA以類似玻璃的狀態被儲存了下來。7月11日，相關研究結果發表在細胞出版社（Cell Press）旗下期刊《細胞》（Cell）上。
“這是一種新型化石，它的規模使單個古代DNA片段相形見絀，其序列是古DNA片段的100萬倍。”美國貝勒醫學院基因組結構中心主任、論文通訊作者Erez Lieberman Aiden說，“這也是第一次對古代樣本進行核型鑑定。”
瞭解基因組的三維結構可以提供除序列之外的許多額外資訊，但大多數古DNA標本都是由非常小的、混亂的DNA片段組成的。在繪製人類基因組三維結構的基礎上，Aiden認為，如果能找到正確的古DNA樣本——片段的三維結構仍然完好的樣本，就有可能使用同樣的策略來組裝古代基因組。
研究人員在5年裡測試了數十個樣本，進展緩慢。幸運的是，2018年在西伯利亞東北部出土了一隻儲存異常完好的猛獁象。論文聯合通訊作者、貝勒醫學院的Olga Dudchenko說：“我們認為它在死後不久就被凍幹了。脫水樣品中的細胞核結構可以儲存很長時間。”
為了重建猛獁象的基因組結構，研究人員從其耳後的皮膚樣本中提取了DNA。他們使用了一種叫做Hi-C的方法，這種方法可以讓他們檢測到DNA的哪些部分可能在空間上很接近，並在細胞核中以自然狀態相互作用。
“想象一下，你有一個拼圖，有30億個碎片，但你沒有最終拼好後的樣子。”論文通訊作者、巴塞羅那國家基因學中心和基因組調控中心結構基因組學家Marc A. Marti-Renom說，“Hi-C可以讓你在開始把拼圖拼湊在一起之前，有一個近似的影像。”
然後，他們將來自Hi-C分析的物理資訊與DNA測序相結合，以確定相互作用的DNA部分，並以現代大象的基因組為模板，建立了猛獁象基因組的有序圖譜。分析顯示，猛獁象有28條染色體，與現在的亞洲象和非洲象的數量相同。值得注意的是，猛獁象染色體化石還保留了物理完整性和大量的細節，包括奈米級的環路，這些環路使轉錄因子與它們控制的基因相接觸。
透過檢查細胞核內基因的區隔化，研究人員能夠識別猛獁象皮膚細胞內活躍和不活躍的基因——這是表觀遺傳學或轉錄組學的指標。與其最近的親戚亞洲象的皮膚細胞相比，猛獁象的皮膚細胞有不同的基因啟用模式，包括可能與長毛和耐寒性有關的基因。
“我們首次有了一個猛獁象組織，我們大致知道哪些基因被開啟，哪些基因被關閉。”Marti-Renom說，“這是一種非凡的新型資料，也是對任何古DNA樣本中基因的細胞特異性基因活性的首次測量。”
儘管這項研究使用的方法依賴於儲存完好的化石，但研究人員樂觀地認為，它可以用於研究其他古代DNA樣本——從猛獁象到埃及木乃伊，以及近代的博物館標本。
接下來研究人員將檢查猛獁象其他組織的表觀遺傳模式。通訊作者、丹麥哥本哈根大學和挪威科技大學的古基因組學家M. Thomas Gilbert說：“這些結果對復活猛獁象有明顯的影響。”
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