2007-09-28

「毛髮」解開長毛象之謎 -- 復原基因組的新方法

Hair Untangles Woolly Mammoth Puzzle
http://www.physorg.com/news110121747.html

September 27, 2007

賓州州立大學的 Stephan C. Schuster 與 Webb Miller 還有來自於哥本哈根的 Thomas Gilbert 以及一個大型國際聯盟,發現毛幹(hair shafts)是古代 DNA 的理想來源 -- 比骨骼與肌肉還要好,能用來研究滅絕生物的基因組序列。他們的研究成果,發表在 2007 9/28 Science 期刊的一篇論文中,包括了 10 隻長毛象(woolly mammoths)整個粒線體的基因組序列。(譯註;動物細胞中的粒線體具有遺傳自母系的基因組,父系則因不明原因被破壞掉。)

Schuster 與 Miller,在賓州大比較基因組與生物資訊學中心工作,與 Gilbert,來自於(丹麥)哥本哈根大學古代遺傳學中心,領導一個合作團隊,那包括一大群來自於美、俄、比、丹、法、瑞典與英國的研究者及博物館館長。

研究團隊自 10 隻長毛象身上取得毛髮,這些長毛象來自於一長塊北西伯利亞地區,且其死亡日期跨距約三萬八千年 -- 從 5 萬年到 12 萬年前。在此研究之前,只有 7 種已滅絕動物的粒線體基因組被發表過:4 種來自於古代鳥類,2 種來自於長毛象,1種來自於乳齒象(mastodon)。"骨骼中的 DNA 與肌肉,通常會被分解(degrade)或因來自於其他來源,如細菌,的遺傳物質而受到污染,限制其在科學研究中的效益。"

因為只有一小部份的古代骨骼與肌肉,以「未受污染之 DNA 能被復原」的方式被保存下來,故研究這類物質相當費力,有時候單一研究得花費長達六年的時間。相較之下,Miller 說,"一旦我從基因組定序裝置取得資料,只要花 5 分鐘就能組合出整個粒線體的基因組。" 這項在 Science 中發表的發現證明,從毛髮中剪下來的東西能賦予研究者巨大的力量並有效地分離古代物種的基因構造。"

團隊成員為能有效地產生並分析龐大數量的古代粒線體基因組序列,而開發的方法,使得該團隊能夠從其他已滅絕物種產生這類資料。"由此研究所產生的資料,已經準備好要將長毛象完整的基因組定序了," Schuster 說。

"我們領悟到,毛髮中的角質(keratin)能夠保護 DNA 遏止外部的影響,也因此避免掉分解,那會影響身體其他部份的 DNA,例如骨骼," Gilbert 說。毛髮亦容易自細菌那樣的環境污染中清理乾淨。研究者發現,即使毛髮在一種溶液中清洗,那能夠殺死並洗掉外部 DNA,在毛髮內的遺傳物質依然不受影響。

"當人們想到要從毛髮定序 DNA 時,通常會假定物質並定來自於毛根(hair root),那包含可辨識的細胞,因為毛幹顯然已經死亡," Miller 解釋,"然而,我們知道毛幹本質上是由封裝至一種生物塑膠中的 DNA 所構成。" 以這種方式保護,DNA 能抵抗損害,而且能與污染樣本的細菌分開。
"此外,我們發現,毛幹中的 DNA 通常顯著富含粒線體 DNA,這種特別的 DNA 通常用來測量某一族群的遺傳差異," Gilbert 提到。

數個被研究的毛髮樣本達 5 萬年之久。樣本之一來自於第一個被記錄的樣本:稱為亞當長毛象(Adams mammoth),在 1799 年被發現,並且在 1804 - 1806 年間被植物學家 Michael Adams 與通古斯(Tungus)族的成員自永凍土層中掘出。這隻長毛象約死於 36000 年前。"從這裡發現的毛髮樣本,在俄羅斯博物館的室溫中存放 200 年,光使用 0.2 克的毛髮,仍能完整分析出其粒線體基因組," Schuster 說。結果,他將他夢想得到的,來自於樣本之分子基因組分析資料稱之為「museumomics(博物館組學,有別於基因組)」。那些樣本貯存在 Charles Darwin(達爾文)、Alexander von Humboldt(洪堡)與 Carl von Linné(林奈)的收藏品中。

這條通往滅絕動物之遺傳物質的新途徑,亦讓研究者能已知前未曾想過的、更高的解析度,研究來自於不同族群之個別動物的相關性。"我們計畫使用頭髮與其他包含角質的身體部位,例如爪與角,解開古代族群間糾結不清的祕密,所以這些族群能夠自過去捎出牠們憑什麼存活的訊息," Schuster 說。"這項發現對於有意研究大型哺乳類動物物種如何滅絕的人來說,是個好消息。"

※ 對於 CSI 以及想要取得其他遺傳物質的人來說也是個好消息。

* Whole-Genome Shotgun Sequencing of Mitochondria from Ancient Hair Shafts
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/317/5846/1927
M. Thomas P. Gilbert, Lynn P. Tomsho, Snjezana Rendulic,
Michael Packard, Daniela I. Drautz, Andrei Sher,
Alexei Tikhonov, Love Dalén, Tatyana Kuznetsova,
Pavel Kosintsev, Paula F. Campos, Thomas Higham,
Matthew J. Collins, Andrew S. Wilson, Fyodor Shidlovskiy,
Bernard Buigues, Per G. P. Ericson, Mietje Germonpré,
Anders Götherström, Paola Iacumin, Vladimir Nikolaev,
Malgosia Nowak-Kemp, Eske Willerslev, James R. Knight,
Gerard P. Irzyk, Clotilde S. Perbost, Karin M. Fredrikson,
Timothy T. Harkins, Sharon Sheridan, Webb Miller,
Stephan C. Schuster
Science 28 September 2007: Vol. 317. no. 5846, pp. 1927 - 1930
DOI: 10.1126/science.1146971

某物種的基因組在其他物種內被發現
冰封 800 萬年前的細菌再度復活
複製特徵暗示病毒的共同主題與弱點
迅猛龍有羽毛
大小行星相撞 恐龍滅絕元凶
冰封萬年 娃娃長毛象出土
大發現 DNA鑑別女法老王木乃伊
ENCODE 基因解碼大發現

新 DNA 定序法或能解開細胞認同之謎
DNA條碼 納入全球180萬物種
地球40%物種瀕臨滅絕 貝加爾湖開工廠
反全球化「百哩飲食」正夯/語言快速死亡
農產品飆上天 麵粉、醬油、沙拉油 又喊漲
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1 則留言:

fsj 提到...

史前長毛象 7月來台展出

【聯合報╱記者林宜標、程嘉文/薩哈—台北連線報導】 2008.05.10

想看到長毛象本尊嗎?聯合晚報為慶祝創刊廿周年,與位於西伯利亞北部的俄羅斯薩哈(Sakha)自治共和國合作,七月起在台北的民主紀念館(中正紀念堂)舉辦長毛象特展。這是長毛象的遺骸首次在台灣展出。

卡通「冰原歷險記」中的主角長毛象已滅絕幾千年,不過由於長毛象生活在氣溫極低的寒帶地區,考古學家得以在凍土中挖掘出被封凍上萬年、肌肉毛髮沒有腐壞的長毛象,使牠們成為現代人極少數可以看到生前樣貌的史前動物。

但國內民眾以往只能在書本、影片上看牠們的相貌,如今可以親眼看到實體。七月將在台北展出的兩頭長毛象,體型較大的一頭雄象名為「尤卡基爾」(Yukagir),在二○○二年八月被當地獵人意外發現,以發現地命名,推估牠生於一萬八千年前,大約四十歲。

尤卡基爾曾經在二○○五年的日本愛知博覽會展出,造成轟動,兩千多萬遊客爭相目睹,成為博覽會的焦點。此次展出的尤卡基爾化石,包括當年出土的象頭和左前腳:象頭帶有兩支彎曲大牙,前腳掌部分的皮膚看起來還有彈性、並且可見到茶色的象毛。

另一頭幼象「歐米亞空」(Oymiakon)也是以發現地命名,在二○○四年出土,推估生於三萬年前,是約一歲多的雌象。這是牠第一次出國展覽。牠當初在凍土層內的冷凍保存狀態良好,出土時,身體被挖土機挖壞而有些殘破,但頭頸部保存相當完整。科學家從牠身上尋找基因,試圖重新複製這種史前巨獸。

這兩頭長毛象必須保存在攝氏零下十五度的低溫中,運輸與展覽的成本都相當高。主辦單位特別邀請日本技師來台勘查場地、安裝展示櫃,以避免展覽對兩頭長毛象造成任何傷害。

除了兩頭長毛象外,國立台灣博物館也出借館藏的長毛象全隻骨骼標本,並向大阪博物館、奇美博物館、私人收藏家王良傑等商借收藏品一百多件,使這次展覽的深度與多元性超過日本愛知博覽會。