古DNA技术如何发展？付巧妹团队称“浪里淘金”未来可期

古代DNA技术是如何发展的傅的团队被称为淘金潮中的弄潮儿，前途无量

2010年以来古代DNA技术发展的重要里程碑。傅团队供图

备受关注的古代DNA技术是如何发展起来的如何应用于科学研究有哪些重要的成果前途如何

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员傅受国际知名学术期刊《细胞》邀请，带领她的团队成员特别研究助理和中国科学院古脊椎动物研究所副研究员EthanAndrew Bennett就最新生物技术的前沿与发展进行了专题研究引领古DNA前沿领域，合写了一篇关于古DNA技术发展与未来的批判性论文，指出在过去的十几年里，研究人员利用古DNA技术发现了失传千年的基因信息，不断刷新人们对人类历史的认知

重建已灭绝的古人类尼安德特人和丹尼索瓦人的全基因组，绘制全球人口迁移和交流的历史，挖掘东亚最古老现代人的基因结构，揭示末次盛冰期前后东亚人适应基因的变化，追溯中国南北人口格局的形成，追溯中国南方南岛语族人的起源...在傅团队看来，古代DNA技术在科学研究中发挥了重要作用，尤其是在探索已灭绝人类与现代人的基因交换以及现代人在不同阶段的进化方面发展潜力巨大，未来前景看好

这篇关于古代DNA技术的重要综述论文于北京时间7月21日夜发表在《细胞》在线上傅团队回顾了古DNA技术的发展历程和突破，探讨了当前的技术瓶颈和解决方案，展望了古DNA技术未来的发展方向和前景

扫网:高通量测序革新古代DNA领域

傅的团队表示，高通量测序是一种快速测定大量DNA序列的技术在高通量测序普及之前，古代的DNA领域只能依靠聚合酶链式反应来确定少数特定DNA片段的序列这种方法获得的DNA信息极其有限，很难从污染的DNA中分辨出真正的古DNA

2010年以来古代DNA技术发展的重要里程碑。傅团队供图

理论上，高通量测序可以对一个样本中所有DNA分子的信息进行测序，而且成本在逐年下降即使是含量极低的远古DNA也能有效测序而且通过生物信息学的手段，研究人员可以快速检测样本中是否存在古DNA损伤，从而达到鉴定古DNA的目的因此，该方法已成为科学研究中古代DNA检测的重要标准

此外，研究人员根据古代DNA的特点，调整和优化了高通量测序的实验方法其中，半UDG处理和单链DNA文库的构建是最重要的两项技术突破

半UDG技术不仅可以保留部分DNA末端损伤，还可以修复大部分古DNA损伤，从而保留古DNA的特征，提高古DNA测序结果的准确性。

单链DNA文库是针对古DNA中往往存在大量单链粘性末端的情况，直接将双链DNA变性为单链DNA来构建文库，从而更有效地对受损的单链古DNA进行测序。

挑战:DNA捕获技术的应用与发展

傅的团队指出，虽然高通量测序已经能够有效地对古DNA进行测序，但由于古DNA提取物中往往含有大量被污染的DNA，大多数测序的DNA分子都是无用信息，真正有用的古DNA序列往往只占测序数据的不到1%对此，研究人员在古DNA领域开发并应用了DNA捕获技术——通过设计DNA或RNA探针，像钓鱼一样从大量污染的DNA中捞出目标古DNA这项技术广泛应用于人类古基因组的研究目前，超过三分之二的人类古基因组数据来自一个名为1240k的探针组的捕获数据

DNA捕获技术不仅大大提高了古代DNA的测序效率，还能有效地从一些困难的样本中获取足够的数据进行分析一个典型的例子就是傅团队去年在《细胞》上发表的《古代南方人基因组研究》我国南方温暖湿润的环境和当地的酸性土壤不利于古DNA的保存，使得该地区的古DNA研究一度处于空白状态利用DNA捕获技术，傅团队成功获得了30个古代南方人群的基因组信息，从而揭示了1万多年来东亚与东南亚交汇的人群遗传历史

傅团队透露，最近，古DNA研究人员进一步挑战极限，脱离化石的束缚，直接从土壤中提取古DNA该技术已成功应用于丹尼索瓦洞穴和白石崖洞穴，并成功获得数万年前古人类的DNA

未来:提高效率，拓宽视野，关注人类健康。

傅的团队指出，虽然古DNA领域的研究成果丰硕，但古DNA研究一直充满艰辛和挑战古代DNA本身就容易被污染，其实验过程极其微妙在过去，古代的DNA提取和数据库建立几乎都是依靠人工操作最近，在全球少数实验室中，一些古老的DNA实验步骤被成功集成到自动移液机器人的平台中，不仅大大节省了人力物力，还降低了人工操作带来的污染风险但是，目前样品的预处理步骤只能依靠人工如何将这种耗时耗力的工作整合到自动化系统中，是古代DNA实验技术需要攻克的下一个难关

此外，古代DNA技术的应用远远超出了古代人类基因组通过古微生物的DNA信息追溯古疾病的流行和共生微生物的进化，利用古表观遗传学的信息探索古动物与环境的相互作用，利用古蛋白质探索更大时间尺度上的人类进化，都是古分子的重要分支如何更有效地获取这些信息，并在多个维度上进行组合，将是未来研究的难点之一

傅团队表示，远古DNA是有时间尺度的遗传信息，以独特的视角书写了人类数万年的进化与适应这些岁月的痕迹，不仅记录了人类的基因史，也继续影响着今天人们的生理和健康如今，一些重要的功能基因单倍型被推测来自灭绝的古人类这些基因与先天免疫，脂质代谢，高原适应性，肤色，新冠肺炎氏症的严重易感性等有关也有东亚人群特有的与头发和牙齿表型相关的基因型，它们在最后一次冰川期结束或之后不久的频率也增加了，推测与环境适应性有关