Cell：已滅絕猛犸象的古RNA表達譜

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

古 DNA（ancient DNA，aDNA）技術徹底改變了對生活在 200 萬年前的已滅絕和現存生物的研究，使得從多個已滅絕物種中重建基因組以及復原它們曾經繁盛的生態系統成為可能。

然而，目前的 DNA 測序技術本身無法直接提供有關組織身份、基因表達動態或轉錄調控的信息，因為這些信息都編碼在RNA中。

近日，瑞典斯德哥爾摩大學的研究人員在國際頂尖學術期刊Cell上發表了題為：Ancient RNA expression profiles from the extinct woolly mammoth 的研究論文。

該論文報告了 10 頭晚更新世時期的猛犸象轉錄組圖譜，其中一份約 39000 年前的猛犸象樣本提供了足夠細節，得以恢復骨骼肌代謝所必需的組織特異性調控機制和生物功能，這是迄今為止記錄到的最古老的古 RNA 序列。該論文展示了研究古 RNA 分子的潛力，突破了先前設想的局限，為通過時間驗證和解碼保存下來的轉錄組提供了一個分析框架。憑借這些研究成果，預計將會出現將基因組學、蛋白質組學和轉錄組學相結合的綜合古生物學研究。

RNA 分子在細胞代謝中發揮著關鍵且多樣化的作用，從攜帶編碼信息到生成功能性蛋白質，調控基因表達，或者憑借其催化特性（作為核酶）促進蛋白質組裝和內含子剪接。動態的轉錄變化塑造并調控著細胞在不同發育階段的代謝，或在環境刺激下做出適應性反應，同時對基因組組織和基因表達進行微調。僅從基因組 DNA 中無法直接獲取如此豐富的信息，而蛋白質組學分析也只能部分捕捉到這些信息。

已滅絕物種的轉錄數據恢復存在特殊難題，因為無法再獲取新鮮 RNA 來源。盡管古 DNA（ancient DNA，aDNA）和古蛋白質在生物死亡后相對穩定，在某些情況下可保存數百萬年，但RNA由于會被核糖核酸酶迅速降解，被認為十分脆弱，生物死后若不立即固定，RNA 很難留存下來。因此，盡管在古遺傳學早期，古 RNA（aRNA）研究曾處于前沿地位，但此類研究一直較為罕見。不過，人們已成功利用福爾馬林固定石蠟包埋（FFPE）組織對歷史上的 RNA 病毒基因組進行測序，例如 H1N1 “西班牙流感”病毒或 HIV 病毒。此外，近期研究還表明，從古動物和歷史動物標本中提取并測序 RNA，其分辨率足以揭示組織特異性基因表達模式。盡管取得了這些開創性成果，但 aRNA 研究領域仍處于起步階段。

在這項研究中，研究團隊嘗試將古 RNA（aRNA）記錄拓展到對已滅絕古生物的古代轉錄組的研究中，例如著名的已滅絕動物——猛犸象。

研究團隊提出了一種用于分離 aRNA 分子的方法框架，該框架借鑒并拓展了以往利用歷史和古代樣本的研究成果。此外，該研究概述了通過宏基因組學和宏轉錄組學方法進行的質量控制措施，以及測序深度考量、映射策略和序列分析，旨在表征古轉錄數據中的特征。這些分析考慮到了 aRNA 分子固有的映射特性和片段化特性，以排除 DNA 污染對基因豐度分析造成偏差的來源。此外，該研究還提出了用于確定 aRNA 序列轉錄豐度、組織身份和內源性起源的標準。

研究團隊將這些方法應用于猛犸象樣本，報告了 10 頭晚更新世時期猛犸象的轉錄組圖譜，其中一頭猛犸象的年代約為 39000 年前，這也是迄今為止記錄到的最古老的古RNA（aDNA）序列。研究團隊從其中一個猛犸象樣本中鑒定出了幾種肌肉特異性 mRNA，并基于猛犸象來源的 aRNA 序列的基因表達證據，在猛犸象基因組組裝中發現了可能的新型miRNA候選基因位點。

該研究的亮點：

• 晚更新世時期的猛犸象組織中保存有古 RNA 分子；

• 轉錄數據能夠對新的非編碼基因座進行注釋；

• 組織特異性基因表達模式在時間的推移中得以保持；

• 古 RNA 表達譜揭示了已滅絕古生物的缺失的見解。

總的來說，這項研究表明，有可能從大約 4 萬年前的古代樣本中提取、測序、分析和驗證轉錄組圖譜，從而為從廣泛存在的更新世遺骸（包括已滅絕和現存物種）中生成古 RNA 圖譜打開了大門。

最后，研究團隊表示，基于這項研究，預計將會出現基因組學、蛋白質組學和轉錄組學相結合的綜合古生物學研究。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01231-0