汕头大学考研，汕头大学考研难度
物种复活（De-extinction，也称“反灭绝”）是受到科学界和社会关注和讨论的热门话题。利用基因组编辑技术对现存物种进行基因编辑，以复活已经灭绝的近缘物种，是复活物种的方式之一。然而，这一方法能够在多大程度上重建灭绝物种的基因组，依然有待评估。
北京时间2022年3月10日凌晨，Current Biology在线发表了汕头大学、丹麦哥本哈根大学、浙江大学等国内外单位合作的研究论文——“Probing the genomic limits of de-extinction in the Christmas island rat”。该研究利用圣诞岛大鼠作为模型对这一科学问题进行探究，发现物种之间的进化分歧可导致基因编辑技术无法完全重建灭绝物种的基因组，提出在实施基因编辑复活物种项目之前有必要利用类似的框架对基因组重建程度进行评估。丹麦哥本哈根大学Tom Gilbert教授和汕头大学林剑青博士为论文的通讯作者。林剑青博士同时也是论文的第一作者。
当前，有三种手段可实现灭绝物种“复活”：（1）反向繁育；（2）通过跨物种体细胞核移植进行克隆；（3）利用基因编辑技术对近缘物种进行编辑，以获得尽可能接近灭绝物种的基因组。其中，第三种手段可以适用的物种最多，但其最终应用潜力取决于灭绝物种的基因组能在多大程度上被重建。
圣诞岛是印度洋上一个小岛，岛上曾经生活着两种大鼠：半林栖的Maclear’s rat（Rattus macleari）和穴居的bulldog rat（Rattus nativitatis）。1989年至1908年，这两种原本在圣诞岛上极为常见的物种却突然消失，可能是由于商船带来的黑鼠（black rat，Rattus rattus）所携带的传染性致病锥形虫所致。该项目利用Maclear’s rat（下文称圣诞岛大鼠）作为研究模型，通过计算来探索基因编辑技术对灭绝物种基因组的复原能力。
圣诞岛大鼠。图片作者：Mia Mottelson & Gustav Pontoppidan
研究团队提取了由牛津大学自然历史博物馆提供的两个圣诞岛大鼠标本（采集于1900-1902年间）的皮肤DNA，并进行基因组测序，将测序数据比对到挪威褐鼠（Norway brown rat，Rattus norvegicus）参考基因组上，结果发现，虽然测序平均深度高达60.81×，却仅能覆盖到挪威褐鼠基因组95.15%的区域。
挪威褐鼠。图片作者：Mia Mottelson & Gustav Pontoppidan
对挪威褐鼠的基因组碱基组成、机器模拟生成的古代和现代测序数据以及实际测序产生的数据的一系列分析表明，基因组上0.81%未确定的序列（Ns）、AT丰富度导致的PCR扩增偏向性以及古DNA损伤都不足以完全解释挪威褐鼠基因组上4.85%的覆盖空缺。研究团队利用圣诞岛大鼠的测序数据以及公共数据库上的挪威褐鼠、黑鼠、大足鼠（Rattus nitidus）、亚洲家鼠（Rattus tanezumi）和小鼠（Mus musculus）测序数据，构建了5个大鼠物种的系统进化树并确定物种间分化的时间，不仅提供了新的基于核基因组的圣诞岛大鼠与其他大鼠的分化时间，更重要的结果是，虽然这5个物种在230万年前才由共同祖先分化，但这一进化分歧已经足以明显降低其基因组测序数据比对到挪威褐鼠的基因组的覆盖度，其中亚洲家鼠已经低至92.76%。
圣诞岛大鼠测序数据无法覆盖的位点有四分之一位于挪威褐鼠的基因区域，其中，有1661个基因的覆盖度低于9%，甚至有26个基因完全无法被测序数据覆盖到。因此，缺失这些序列信息可能会产生功能性的影响。
挪威褐鼠基因上不被完全覆盖的基因并不是在基因组上随机分布的。研究团队对覆盖度低于90%的基因进行功能分析，发现他们在免疫应答和嗅觉功能有关的类别中显著富集；同时还发现，即使表面上看都是免疫应答和嗅觉相关基因，不同的类群的覆盖度也有显著区别。例如：组织相容性复合体I类（MHCClassI）基因的覆盖度显著低于除MHC基因外的其他基因，而MHCClassII基因的则拥有更高的覆盖度（高于9%）；而犁鼻器2受体（Vom2r）基因的覆盖度则显著低于Vom1r基因以及其他基因。
该研究清晰地表明，如果利用基因编辑技术对挪威褐鼠进行基因编辑复活圣诞岛大鼠，即使忽略当前的技术限制，能够对所有鉴定出的差异位点进行编辑，由于进化分歧，获得的很多基因也只能部分地模拟灭绝物种，甚至，在最差的情况，部分基因只能保留100%的挪威褐鼠信息。无法被完全覆盖的基因的非随机分布，这一点将给重建的物种带来严重的后果，可能会影响将该复活物种被重引入到其原生栖息地。例如，由于嗅觉对动物的觅食、食物选择、躲避天敌和配偶选择等行为的重要性，复活的圣诞岛大鼠可能缺乏这些对它的自然生存很重要的属性。相反的，因为当年圣诞岛大鼠的灭绝可能是由于黑鼠带去的传染性疾病，维持挪威褐鼠原来的基因反而可能对它的生存带来一些潜在的好处。
当前的物种复活工作聚焦在猛犸象和旅鸽等物种，不幸的是，不太可能会有人想尝试复活一只大鼠。尽管如此，基于对这一对亲缘关系很近的大鼠物种的分析，该研究强调说明，当灭绝和现存物种的进化分歧增大的时候，所带来的挑战会更大。在这样的背景下，我们注意到，猛犸象和亚洲象的基因组分化程度与圣诞岛大鼠和挪威褐鼠基因组分化程度是相近的，而旅鸽和斑尾鸽之间的距离更大（2.24倍）。由于分化距离不仅跟物种分化的绝对时间有关，也跟世代时间有关，每个物种复活项目启动之前，最好能逐个进行分析论证。该论文展示的方法，可以为未来“物种复活”项目提供一个可行性论证框架。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.02.027
来源：小柯生命
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