給“古董級(jí)”大熊貓“把把脈”

林寬雨

《侏羅紀(jì)世界2》的上映，又讓我們深深地感受了一回遠(yuǎn)古霸主的風(fēng)采。雖然在現(xiàn)實(shí)生活中，人們還沒有辦法讓這些遠(yuǎn)古時(shí)代的動(dòng)物重返世界，但在對(duì)這些“古董級(jí)”物種的研究過程中，人們也取得了不少的收獲。近日，中國科學(xué)院古脊椎所就在其官網(wǎng)公布了一項(xiàng)對(duì)2.2萬年前的大熊貓的研究成果。讓我們?nèi)タ纯吹降资窃趺椿厥掳伞?/p>

“穿越時(shí)空”的研究

這回打起遠(yuǎn)古生物主意的是中國科學(xué)院古脊椎所研究員付巧妹和她的團(tuán)隊(duì)成員。她們?cè)跇O其困難的情況下，利用大熊貓的骨骼材料成功提取到了來自2_2萬年前大熊貓的DNA。不僅如此，她們還成功地給這個(gè)“古董級(jí)”研究對(duì)象做了線粒體基因組測(cè)序。這項(xiàng)研究成果會(huì)縮短人們獲取大熊貓DNA的時(shí)間，這對(duì)未來研究大熊貓的進(jìn)化史將起到重要作用。

這次的主要研究成果是成功地完成了遠(yuǎn)古大熊貓的線粒體基因組測(cè)序工作。“線粒體基因組測(cè)序”這個(gè)聽起來挺高端的操作，究竟要如何實(shí)現(xiàn)呢？在討論這個(gè)問題之前，咱們先來好好認(rèn)識(shí)一下線粒體基因組。說到線粒體基因組我們可能不熟悉，但線粒體我們并不陌生，這是一種多數(shù)真核細(xì)胞都具有的雙層膜結(jié)構(gòu)、具有獨(dú)特DNA分子和完整遺傳信息傳遞與表達(dá)系統(tǒng)的細(xì)胞器。除了給細(xì)胞進(jìn)行生物氧化和能量傳遞提供場(chǎng)所，在離子動(dòng)態(tài)平衡、細(xì)胞代謝與凋亡等場(chǎng)合都能看到它的身影。那么，它的基因組是什么樣的呢？在科學(xué)家們研究過程中，線粒體基因組慢慢露出了真面目。下面，我們就從“外貌”和“體型”兩個(gè)方面來簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)一下線粒體基因組。

線粒體基因組的“外貌”

多數(shù)真核生物線粒體基因組“長相”還是很“傳統(tǒng)”的，是我們所熟悉的DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式——超螺旋環(huán)狀，但有個(gè)別“非主流”的，比如，布氏錐蟲的線粒體基因組就是十分特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

線粒體基因組的“體型”

線粒體基因組的“體型”主要可以分為兩個(gè)“門派”，以大多數(shù)動(dòng)物為首的“苗條型”和在植物中普遍存在的“肥胖型”。大多數(shù)動(dòng)物的線粒體基因組的大小（占位）都在數(shù)十KB（干字節(jié)）左右，而植物的線粒體基因組卻普遍維持在“百”的數(shù)量級(jí)上。

介紹完線粒體基因組，下面就到“重頭戲”了，如何給它們測(cè)序呢？說起來，這方法還不止一種，有以基于克隆文庫和PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）擴(kuò)增產(chǎn)物測(cè)序?yàn)橹鞯摹皞鹘y(tǒng)派”，也有像…umina Solexa合成測(cè)序、Roche 454焦磷酸測(cè)序、ABISOLiD連接法測(cè)序等運(yùn)用笫二代測(cè)序技術(shù)的“創(chuàng)新派”。

克隆文庫測(cè)序法

這個(gè)方法的第一步，是通過對(duì)氯化銫密度梯度離心或差速離心的方法得到純度比較高的線粒體基因組，然后再利用內(nèi)切酶或不同強(qiáng)度的超聲波得到用于測(cè)序的短片段，最后將其克隆到質(zhì)粒載體中進(jìn)行測(cè)序。

PCR擴(kuò)增產(chǎn)物測(cè)序法

這種方法是通過PCR擴(kuò)增出線粒體特定片段，然后純化測(cè)序。相比于克隆文庫測(cè)序法，這種方法省去了從樣本中提取純化線粒體基因組的過程。擴(kuò)增后的線粒體特定片段可以繼續(xù)利用克隆文庫測(cè)序法得到的短片段并進(jìn)行測(cè)序。

第二代測(cè)序技術(shù)

只看名字我們就能猜到，以第二代測(cè)序技術(shù)為依托的測(cè)序方法自然要比它們的“前輩”優(yōu)秀。運(yùn)用第二代測(cè)序技術(shù)測(cè)序的方法不僅實(shí)驗(yàn)耗材少，還能有效利用小長度的模板。另外，它們的工作效率還很高，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得大量線粒體基因組序列。因?yàn)檫\(yùn)用第二代測(cè)序技術(shù)的測(cè)序法都有單次運(yùn)行產(chǎn)生數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，所以這種測(cè)序技術(shù)還有個(gè)別名，叫“高通量測(cè)序技術(shù)”。

線粒體基因組測(cè)序能勝任的角色

當(dāng)然，人們研究出這么多種測(cè)序方法可不是一時(shí)興起，研究線粒體基因組測(cè)序?qū)ξ覀冞€是有很多好處的，在我們的生活，它們可以扮演多個(gè)角色。比如，偵探和白衣天使。

偵探

在給遠(yuǎn)古大熊貓“把脈”的過程中，我們就看到了線粒體基因組測(cè)序作為“偵探”的能力，相信它一定會(huì)給人們研究大熊貓進(jìn)化史提供不少幫助。其實(shí)，它已經(jīng)不是第一次扮演“偵探”的角色了。2014年，英國在為疑似英國國王理查三世（英國金雀花王朝的末代君王）的尸骨鑒定過程中就用到了線粒體基因組測(cè)序，最終確認(rèn)該尸骨是理查三世的尸骨，必須給線粒體基因組測(cè)序記上一功。

白衣天使

雖然目前通過線粒體基因組測(cè)序還不能救死扶傷，但它們卻可以間接當(dāng)上“白衣天使”。因?yàn)榫€粒體在變異的時(shí)候很有可能導(dǎo)致疾病的出現(xiàn)，而人們通過線粒體基因組測(cè)序可以對(duì)線粒體基因進(jìn)行更加深入的研究，進(jìn)而減少疾病的出現(xiàn)。