科普 | 给古董级大熊猫「把把脉」
发布日期:2019-04-03 来源:原创 阅读:68
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电影《侏罗纪世界》让我们深深地感受了一回远古霸主的风采。虽然在现实生活中,人们还没有办法让这些远古时代的动物重返世界,但在对这些“古董级”物种的研究过程中,人们也取得了不少的收获。不久前,中国科学院古脊椎所就在其官网公布了一项对2.2万年前的大熊猫的研究成果。让我们去看看到底是怎么回事吧。

 


“穿越时空”的研究

 

这回打起远古生物主意的是中国科学院古脊椎所研究员付巧妹和她的团队成员。她们在极其困难的情况下,利用大熊猫的骨骼材料成功提取到了来自2.2万年前大熊猫的DNA。不仅如此,她们还成功地给这个“古董级”研究对象做了线粒体基因组测序。这项研究成果会缩短人们获取大熊猫DNA的时间,这对未来研究大熊猫的进化史将起到重要作用。

 


这次的主要研究成果是成功地完成了远古大熊猫的线粒体基因组测序工作。“线粒体基因组测序”这个听起来挺高端的操作,究竟要如何实现呢?在讨论这个问题之前,咱们先来好好认识一下线粒体基因组。说到线粒体基因组我们可能不熟悉,但线粒体我们并不陌生,这是一种多数真核细胞都具有的双层膜结构、具有独特DNA分子和完整遗传信息传递与表达系统的细胞器。除了给细胞进行生物氧化和能量传递提供场所,在离子动态平衡、细胞代谢与凋亡等场合都能看到它的身影。那么,它的基因组是什么样的呢?在科学家们研究过程中,线粒体基因组慢慢露出了真面目。下面,我们就从“外貌”和“体型”两个方面来简单认识一下线粒体基因组。

 


线粒体基因组的“外貌”

 

多数真核生物线粒体基因组“长相”还是很“传统”的,是我们所熟悉的DNA二级结构的主要形式——超螺旋环状,但有个别“非主流”的,比如,布氏锥虫的线粒体基因组就是十分特殊的网络结构。

 


线粒体基因组的“体型”

 

线粒体基因组的“体型”主要可以分为两个“门派”,以大多数动物为首的“苗条型”和在植物中普遍存在的“肥胖型”。大多数动物的线粒体基因组的大小(占位)都在数十KB(千字节)左右,而植物的线粒体基因组却普遍维持在“百”的数量级上。

 

介绍完线粒体基因组,下面就到“重头戏”了,如何给它们测序呢?说起来,这方法还不止一种,有以基于克隆文库和PCR(聚合酶链式反应)扩增产物测序为主的“传统派”,也有像Illumina Solexa合成测序、Roche 454焦磷酸测序、ABISOLiD连接法测序等运用第二代测序技术的“创新派”。

 


克隆文库测序法

 

这个方法的第一步,是通过对氯化铯密度梯度离心或差速离心的方法得到纯度比较高的线粒体基因组,然后再利用内切酶或不同强度的超声波得到用于测序的短片段,最后将其克隆到质粒载体中进行测序。

 


PCR扩增产物测序法

 

这种方法是通过PCR扩增出线粒体特定片段,然后纯化测序。相比于克隆文库测序法,这种方法省去了从样本中提取纯化线粒体基因组的过程。扩增后的线粒体特定片段可以继续利用克隆文库测序法得到的短片段并进行测序。

 



第二代测序技术

 

只看名字我们就能猜到,以第二代测序技术为依托的测序方法自然要比它们的“前辈”优秀。运用第二代测序技术测序的方法不仅实验耗材少,还能有效利用小长度的模板。另外,它们的工作效率还很高,能够在短时间内获得大量线粒体基因组序列。因为运用第二代测序技术的测序法都有单次运行产生数据量大的特点,所以这种测序技术还有个别名,叫“高通量测序技术”。

 


线粒体基因组测序能胜任的角色

 

当然,人们研究出这么多种测序方法可不是一时兴起,研究线粒体基因组测序对我们还是有很多好处的,在我们的生活,它们可以扮演多个角色。比如,侦探和白衣天使。

 


侦探

 

在给远古大熊猫“把脉”的过程中,我们就看到了线粒体基因组测序作为“侦探”的能力,相信它一定会给人们研究大熊猫进化史提供不少帮助。其实,它已经不是第一次扮演“侦探”的角色了。2014年,英国在为疑似英国国王理查三世(英国金雀花王朝的末代君王)的尸骨鉴定过程中就用到了线粒体基因组测序,最终确认该尸骨是理查三世的尸骨,必须给线粒体基因组测序记上一功。

 


白衣天使

 

虽然目前通过线粒体基因组测序还不能救死扶伤,但它们却可以间接当上“白衣天使”。因为线粒体在变异的时候很有可能导致疾病的出现,而人们通过线粒体基因组测序可以对线粒体基因进行更加深入的研究,进而减少疾病的出现。

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