基因组分析揭示长毛猛犸象如何适应极寒天气

　　瑞典斯德哥尔摩古遗传学中心的一组研究人员近日比较了长毛猛犸象和现代大象的基因组，以确定是什么让长毛猛犸象变得与众不同。

　　

瑞典斯德哥尔摩古遗传学中心的一组研究人员近日比较了长毛猛犸象和现代大象的基因组，以确定是什么让长毛猛犸象（学名真猛犸象）变得与众不同。

研究人员使用了23头真猛犸象（Mammuthus primigenius）的古基因组序列，探索了帮助真猛犸象适应寒冷环境的遗传变化，包括一些在动物身上不断进化的特征。他们将这些结果发表在《Current Biology》杂志上。

第一作者、古遗传学家David Díez-del-Molino表示：“我们想知道是什么让猛犸象变成长毛猛犸象。长毛猛犸象有一些非常有特色的形态特征，比如厚厚的皮毛和小小的耳朵，但它们还有许多其他的适应性，比如脂肪代谢和寒冷感知，这些都不太明显，因为它们是分子水平上的。”

为了鉴定长毛猛犸象中“高度进化”的基因（也就是积累大量突变的基因），研究小组将23只西伯利亚长毛猛犸象的基因组与28只现代亚洲象和非洲象的基因组进行了比较。这些长毛猛犸象中有22只是相对现代的，生活在10万年前，其中16只的基因组此前没有被测序。第23个长毛猛犸象基因组来自目前已知最古老的象牙标本Chukochya，它的主人大约生活在70万年前。

资深作者、斯德哥尔摩古遗传学中心进化基因组学教授Love Dalén认为：“有了Chukochya基因组，我们就可以鉴定在长毛猛犸象的生命周期中进化的许多基因。这让我们能够实时研究进化，我们可以说这些特定的突变是长毛猛犸象特有的，在它的祖先身上并不存在。”

许多对长毛猛犸象具有适应性的基因都与生活在寒冷环境中有关。其中一些基因为不具有亲缘关系的现代北极哺乳动物所共享。“我们发现了一些与脂肪代谢和储存有关的高度进化的基因，这些基因也在驯鹿和北极熊等其他北极物种中找到，意味着这些基因在适应寒冷的哺乳动物中可能存在趋同进化，”Díez-del-Molino说。

尽管之前的研究已经分析了一到两只长毛猛犸象的基因组，但这是第一次对大量的长毛猛犸象基因组进行比较。如此大的样本量使得研究小组能够鉴定所有长毛猛犸象中普遍存在的基因，因此可能具有适应性，而不是只存在于单个个体中的基因突变。

Díez-del-Molino表示：“我们发现，一些以往被认为是长毛猛犸象特有的基因实际上在各个猛犸象之间是可变的，这意味着它们可能没有那么重要。”

总的来说，70万年前的Chukochya基因组共享了大约91.7%的突变，这些突变导致更现代的长毛猛犸象出现蛋白质编码变化。这意味着当长毛猛犸象与它的祖先草原猛犸象第一次分离时，长毛猛犸象的许多特征就已经存在了，包括厚毛皮、脂肪代谢和寒冷感知能力。

然而，这些性状在Chukochya的后代身上得到了进一步发展。“最早的长毛猛犸象还没有完全进化，”Dalén说，“它们的耳朵可能更大，毛发也不同——与后来的长毛猛犸象相比，也许没那么绝缘和蓬松。”

更现代的长毛猛犸象在T细胞抗原上也有一些免疫突变，这些突变在它们的祖先身上没有出现。作者推测，这些突变可能增强了细胞介导的免疫，以应对新出现的病毒病原体。

研究古代猛犸象的DNA存在一系列障碍。“从野外工作到实验室工作，再到生物信息学，每一步都会有一些困难，”Díez-del-Molino谈道。

“在野外工作时，我们必须与北极熊和蚊子作斗争。除此之外，你还必须在一个古DNA实验室中工作，这意味着你必须穿全身的工作服，戴上面罩、护目镜和双层手套，所以做实验室工作也是相当不舒服的，”Dalén 说。“我想强调的是，大多数样本的实验室工作是由第二作者Marianne Dehasque完成的。”

这项研究中包含的所有基因组都是在西伯利亚收集的，但研究人员希望在未来扩大研究范围，对北美的长毛猛犸象进行比较。Dalén说：“几年前，我们发现长毛猛犸象和哥伦比亚猛犸象的祖先之间存在基因流动，所以我们需要解释这一点，因为北美的长毛猛犸象可能也携带了非长毛猛犸象的基因。”

原文检索

Genomics of adaptive evolution in the woolly mammoth