人类的演化有太多不解之谜，古DNA则是解开谜团的关键钥匙。7月21日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹应《细胞》杂志特刊邀请，针对古DNA技术发展与未来发表评述性论文，重点探讨当前古DNA技术存在的瓶颈和解决方案，进一步展望未来古DNA技术的发展方向与前景。
“在过去十余年里，科研人员利用古DNA技术发掘出那些遗落了成千上万年的遗传信息，不断刷新我们对人类历史的认知。”付巧妹说，虽然古DNA领域成果丰硕，但也充满艰辛和挑战。
高通量测序技术：含量极低的古DNA也能被很有效测序
DNA测序技术对研究成果产生最直接的影响，古DNA领域也不例外。近些年，随着高通量测序技术的成熟，古DNA领域只能依赖PCR（聚合酶链式反应）技术测定少数特定DNA片段序列的历史终于结束。
“PCR技术获取的DNA信息极其有限，而且难以区分真正的内源古DNA和污染DNA。”付巧妹说，高通量测序技术又称“二代测序”技术，理论上能测序样本中所有DNA分子的信息，即使是含量极低的古DNA也能被很有效地进行测序。
值得一提的是，高通量测序技术的成本还在逐年降低。基于高通量测序技术，再通过生物信息学手段，科研人员能快速检测样本中是否存在古DNA损伤，从而达到鉴别古DNA的目的。付巧妹说，这一方法已成为该领域中古DNA检测的重要标准。
科研人员还根据古DNA的特点，对高通量测序的实验方法（DNA文库构建）进行了多种调整与优化，其中half-UDG处理和单链DNA文库的构建是最重要的两项技术突破。
DNA捕获技术：从海量污染DNA中“钓取”目标信息
由于古DNA提取物中常常包含大量污染DNA，使得测序的大部分DNA分子都是无用的信息，真正有用的古DNA序列常常只占测序数据不足1%。基于此，科研人员在古DNA领域研发应用了DNA捕获技术——通过设计DNA或RNA探针，像钓鱼一样把目标古DNA从海量的污染DNA中“钓取”出来。付巧妹告诉记者，该技术已广泛应用于人类古基因组研究中，目前超过2/3的人类古基因组数据来自于一个叫“1240k”的探针组的捕获数据。
DNA捕获技术还能有效从一些“棘手”的样本中得到足够的数据用以分析，去年付巧妹团队发表在《细胞》杂志上的古代南方人群的基因组研究就是一个典型的例子。利用DNA捕获技术，付巧妹团队成功获取了30个古南方人群的基因组信息，揭示了一万余年以来东亚和东南亚交汇处的人群遗传史。
挑战极限 从“土”里提取古DNA
付巧妹透露，最近古DNA科研人员进一步挑战极限，脱离化石的桎梏直接从“土”（沉积物）里提取古DNA。“目前，该项技术已成功应用在丹尼索瓦洞和白石崖溶洞中，成功获取了数万年前已灭绝古人类的DNA。”
最近，在全球少数几个实验室中，部分古DNA实验步骤成功整合到全自动移液机器人平台中，不仅极大节省了人力物力，还减少了人工操作引入污染的风险，但样本的前处理步骤仍只能依赖人工。付巧妹认为，如何把这项耗时耗力的工作整合到自动化体系中，将是古DNA实验技术需要攻克的下一道难关。
古DNA研究与你的健康有关
当前，DNA三维结构、类器官技术、微生物组学研究、大脑单细胞测序、癌症疫苗……突飞猛进的生物技术不仅推动了科学研究的发展，也渗透到人们的日常生活。那么，古DNA技术未来将如何发展和应用？
付巧妹说，古DNA技术的应用远不止于人类古基因组。通过古微生物信息追溯古代疫病流行和共生微生物演化、利用古表观遗传学信息探究古代动物和环境的相互作用，以及利用古蛋白质探索更大时间尺度的人类演化，都是古分子的重要分支方向。“如何更有效地获取这些信息，并将信息进行多维度结合，将是未来研究的难点之一。”
古DNA是带着时间刻度的遗传信息，它从独特的视角书写了人类数万年来的演化与适应。
付巧妹强调，目前还有很多古DNA研究发现的特殊基因型的功能还未能确定，未来可以通过构建动物模型并结合基因编辑技术对这些发现进行验证。“结合古DNA技术与现代前沿分子生物学技术，我们将能更清晰地理解演化史对当今人类健康的影响。”
来源：科普时报
作者：科普时报记者 陈 杰
网址：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjwzb/html/2022-07/29/content_539365.htm?div=-1
