古DNA单链测序文库的建立与检测北大核心CSCD

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

古DNA单链测序文库的建立与检测

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

古DNA实时荧光定量PCR实验中标准品的制备

实时荧光定量PCR技术通过对PCR每一循环扩增产物的实时检测,可对模板的精确拷贝数进行绝对定量,从而用于古DNA实验中提取和扩增条件的比较和优化.本研究采用异硫氰酸胍碱裂解-SiO2吸附的方法,从采自黑龙江省的晚更新世斑鬣狗化石材料中提取得到了斑鬣狗线粒体基因组古DNA.经常规PCR扩增后,将纯化的扩增产物克隆到微生物体内使其大量复制,再用M13通用引物扩增出含少量外源DNA的古DNA目标片段,从而建立了适用于古DNA荧光定量PCR扩增的标准品的制备方法.经检测分析,运用该方法制备的标准品性质稳定,能够准确地指示反应体系中较为精确的古DNA模板拷贝数,从而反映古DNA的提取和扩增效率,用于比较并优化古DNA提取和扩增条件.     

古DNA提取技术对比及概述

从古代原始材料中提取古DNA的方法多种多样,但是古DNA的研究受限于降解严重,内源性古DNA含量低,微生物和现生人群DNA污染严重等因素的影响。能否从古代人类遗骸中成功获取可靠且足量的内源性古DNA,一直是古DNA研究领域面临的实际困难和挑战。控制污染最直接且简便的策略就是在古DNA提取阶段的有效排除,本文整理了古DNA提取常用的去除污染的方法,对比分析了每种方法表现出来的优缺点。介绍了通常使用的骨粉裂解时间,并研究了在常温环境下,不同的裂解时间对古DNA回收效率的影响,提出了常温裂解过程中最佳孵育时间。同时对常用的古DNA纯化方法及其原理和在实际应用中的表现进行了概述与讨论。本文对古DNA提取技术的概述和实践经验,为古DNA相关领域的研究提供借鉴与参考。     

中国东北第四纪晚期哺乳动物化石样品的古DNA损伤分析

二代测序技术的进步推动了古DNA研究的发展,古DNA研究在人类起源、动物演化等领域已经做出突出贡献。如何针对特定地点的古DNA样品特征,有效提取挖掘其中蕴含的古生物遗传信息,是发挥古代生物样品在诸多研究领域重要作用的前提。本研究将DNA损伤的两个主要指标(末端碱基替换率、平均片段长度)与样品的埋藏时间、所属地质时期、样品材料类型和建库方法相联系,分析不同因素对古DNA损伤的影响。结果表明:中国东北古脊椎动物样品中的古DNA分子的末端碱基替换率与埋藏点的含水量、样品埋藏时间呈正相关;不同地质时期的样品之间古DNA末端碱基替换率有显著差异;不同样品材料类型对于古DNA的末端碱基替换率未见明显影响;样品古DNA的平均片段长度与以上所研究的因素均无明显关系。研究结果为探明中国东北古脊椎动物样品的古DNA特征提供了分子依据,为有效选取不同地区的古脊椎动物样品及样品发掘后的合理保存提供了借鉴和参考。     

一种新的线粒体基因组DNA捕获探针的制备及初步应用

目的:建立新的线粒体基因组DNA杂交捕获探针制备方法并用进行初步应用。方法:通过PCR技术扩增特异线粒体DNA片段,并与生物素偶联,最后与标记磁珠的亲和素混合获得捕获探针。并自行制备的线粒体基因组DNA文库捕获探针与肝癌全基因组测序文库进行液相杂交。分离捕获产物后PCR扩增并进行测序分析。结果:成功建立了线粒体基因组杂交捕获探针制备方法并成功分离线粒体基因组DNA;对测序数据的分析显示:90%以上测序数据来自线粒体基因组DNA,且覆盖率达到100%,且均一性良好。检测到的同质性变异位点数量和异质性变异位点数量与全基因组测序数据产生的结果接近(P=0.9152,P=0.8409)。结论:新方法制备的线粒体基因组DNA杂交捕获探针可以从全基因组文库中高效捕获线粒体基因组DNA测序文库。     

中国西藏拉托唐古墓地古代居民线粒体全基因组研究

目前青藏高原高海拔地区古DNA研究匮乏。拉托唐古墓地位于青藏高原西南高海拔区域,本文对该墓地出土距今约700年的人骨进行古DNA提取,捕获了高质量线粒体全基因组数据,结合东亚线粒体基因组数据库,运用遗传统计方法开展分析。研究结果表明,距今3000年以内青藏高原西南部人群的遗传历史具有连续性,距今700年左右的拉托唐古墓地居民与距今3150-1250年的古代尼泊尔居民以及现代中国西藏居民母系遗传关系较近,且他们都具有共同的M9a1a1c1b1a单倍群。对M9a1a1c1b1a单倍群的深入研究发现,距今10930-5150年期间青藏高原可能发生了人口扩张事件。以上结果为我们了解古代青藏高原高海拔地区人群遗传历史提供了重要信息。     

非损伤性取样样品中富集宿主DNA的研究进展

非损伤性取样被广泛应用在动物保护遗传学、分子生态学和分子进化等研究领域。随着基因组测序技术的发展和基因组学时代的到来,如何从非损伤性取样样品中获取能够用于进行基因组测序的高质量DNA是研究者面临的难题。本文总结和比较了非损伤性取样中最常用的粪便样品和考古材料或博物馆标本两类样品中富集宿主DNA的方法及应用,以期为非损伤性取样在动物基因组学的研究和应用提供重要参考。     

古DNA 及其在生物系统与进化研究中的应用

古DNA是指从已经死亡的古代生物的遗体和遗迹中得到的DNA。本文回顾了近20年古DNA研究所经历的3个阶段, 从早期参与研究的科学家较少并主要利用克隆技术, 到后来由于PCR技术的出现以及提取化石DNA技术的成熟从而出现大量有关古DNA的报道; 近几年由于发现不少问题, 并引起激烈的争论, 科学家们因此而开始考虑古DNA的真实性问题, 并且提出了开展古DNA研究的严格标准。本文还讨论了古DNA在人类起源、系统发育重建、动植物驯化及考古研究中的重要意义以及现状, 表明古DNA的研究给某些原先的观点如人类的非洲起源说提供了重要证据, 也对某些观点提出了挑战; 古DNA研究还提供了某些已经灭绝生物的形态学和分子资料, 为从序列上确定古代材料的系统位置并有效地补充仅用现代DNA建立起来的谱系提供了来自古生物的依据。在动植物驯化及考古方面, 古DNA证据也为科学家提供了许多有价值的信息。最后, 本文还对古DNA研究的应用前景进行了展望。     

古DNA及其在生物系统与进化研究中的应用

古DNA是指从已经死亡的古代生物的遗体和遗迹中得到的DNA.本文回顾了近20年古DNA研究所经历的3个阶段,从早期参与研究的科学家较少并主要利用克隆技术,到后来由于PCR技术的出现以及提取化石DNA技术的成熟从而出现大量有关古DNA的报道;近几年由于发现不少问题,并引起激烈的争论,科学家们因此而开始考虑古DNA的真实性问题,并且提出了开展古DNA研究的严格标准.本文还讨论了古DNA在人类起源、系统发育重建、动植物驯化及考古研究中的重要意义以及现状,表明古DNA的研究给某些原先的观点如人类的非洲起源说提供了重要证据,也对某些观点提出了挑战;古DNA研究还提供了某些已经灭绝生物的形态学和分子资料,为从序列上确定古代材料的系统位置并有效地补充仅用现代DNA建立起来的谱系提供了来自古生物的依据.在动植物驯化及考古方面,古DNA证据也为科学家提供了许多有价值的信息.最后,本文还对古DNA研究的应用前景进行了展望.     

Maternal genetic history of southern East Asians over the past 12,000 years

Southern East Asia, including Guangxi and Fujian provinces in China, is home to diverse ethnic groups, languages, and cultures. Previous studies suggest a high complexity regarding population dynamics and the history of southern East Asians. However, large-scale genetic studies on ancient populations in this region are hindered by limited sample preservation. Here, using highly efficient DNA capture techniques, we obtain 48 complete mitochondrial genomes of individuals from Guangxi and Fujian in China and reconstruct their maternal genetic history over the past 12,000 years. We find a strong connection between southern East Asians dating to ~12,000–6000 years ago and present-day Southeast Asians. In addition, stronger genetic affinities to northern East Asians are observed in historical southern East Asians than Neolithic southern East Asians, suggesting increased interactions between northern and southern East Asians over time. Overall, we reveal dynamic connections between ancient southern East Asians and populations located in surrounding regions, as well as a shift in maternal genetic structure within the populations over time.     

Combined hybridization capture and shotgun sequencing for ancient DNA analysis of extinct wild and domestic dromedary camel

The performance of hybridization capture combined with next‐generation sequencing (NGS) has seen limited investigation with samples from hot and arid regions until now. We applied hybridization capture and shotgun sequencing to recover DNA sequences from bone specimens of ancient‐domestic dromedary (Camelus dromedarius) and its extinct ancestor, the wild dromedary from Jordan, Syria, Turkey and the Arabian Peninsula, respectively. Our results show that hybridization capture increased the percentage of mitochondrial DNA (mtDNA) recovery by an average 187‐fold and in some cases yielded virtually complete mitochondrial (mt) genomes at multifold coverage in a single capture experiment. Furthermore, we tested the effect of hybridization temperature and time by using a touchdown approach on a limited number of samples. We observed no significant difference in the number of unique dromedary mtDNA reads retrieved with the standard capture compared to the touchdown method. In total, we obtained 14 partial mitochondrial genomes from ancient‐domestic dromedaries with 17–95% length coverage and 1.27–47.1‐fold read depths for the covered regions. Using whole‐genome shotgun sequencing, we successfully recovered endogenous dromedary nuclear DNA (nuDNA) from domestic and wild dromedary specimens with 1–1.06‐fold read depths for covered regions. Our results highlight that despite recent methodological advances, obtaining ancient DNA (aDNA) from specimens recovered from hot, arid environments is still problematic. Hybridization protocols require specific optimization, and samples at the limit of DNA preservation need multiple replications of DNA extraction and hybridization capture as has been shown previously for Middle Pleistocene specimens.     

线粒体全基因组揭示嫩江流域史前人群遗传结构的动态变化

嫩江流域是中国东北地区古代先民的重要栖息地之一。自新石器时代开始这里的先民一直以渔猎经济为主要生活方式,直到新石器时代晚期至早期青铜时代才开始兼营畜牧业和少量的种植业。嫩江流域青铜时代的生业模式的转变是否伴随着外来人群的融合与替代一直是考古研究的热点。为了探讨嫩江流域新石器时代与青铜铁器时代人群的构成是否改变,我们对嫩江流域新石器时代至青铜铁器时代的24个个体进行了线粒体全基因组分析。分析结果表明：嫩江流域青铜铁器时代人群与新石器时代人群具有一定遗传连续性的同时,晚期人群与西辽河地区古代人群有着更近的遗传联系,表明西辽河地区古代居民对嫩江流域青铜铁器时代人群具有部分遗传贡献。结合考古学文化、古气候学数据以及语言学证据,我们推测距今4000-3000年间,西辽河地区古代居民曾迁入到嫩江流域,并留下遗传印记。     

方兴未艾的古代DNA的研究

保留在古代生物遗骸中的遗传物质DNA是一种重要的遗传资源。古代DNA的研究对于了解包括人类在内的各种生物的起源、进化和迁徙有重要意义。古代DNA的研究有其自身的特点,并且已经取得一系列重要成就。本文综述古代DNA研究的历史、方法和进展。 Abstract：DNA present in ancient samples can be recovered,amplified and analysed.It opens a new window for genetic analysis in many different disciplines,such as anthropology,archaeology,human population genetics,animal and plant evolutionary taxonomy and forensic science.In general,ancient DNA is rare in quantity,damaged in quality.To ensure the reproducibility and reliability of the results,great cares should be taken,such as various measurements against contamination and phylogenetic analysis of ancient DNA sequences.In this paper we review recovery,amplification and analysis of ancient DNA,also discuss the guidelines to ensure the authenticity of ancient DNA and the recent advances in ancient DNA study.     

古DNA提取技术新进展

古DNA是揭示古代生物生长状态以及生物千百万年来进化情况的最重要的信息载体,在治疗人类遗传性的疑难病症及牲畜饲养和粮食作物种植等方面都有重大的贡献。古DNA提取技术作为获得该重要的信息载体的最重要手段,长久以来受到了世界各地的考古学家以及医学研究学者们的高度重视。随着科学的发展,古DNA提取技术已经形成多种核心方法:Chelex-100法、酚-氯仿抽提法、二氧化硅(硅粒)法、NaOH法、硅离心柱法试剂盒、磁珠法试剂盒等方法。本文将根据最新的研究成果对以上提到的几种方法进行分析比较,以期能够为将来古DNA提取技术的发展创新提供新的思路与方向。     

古DNA提取技术新进展

古DNA 是揭示古代生物生长状态以及生物千百万年来进化情况的最重要的信息载体,在治疗人类遗传性的疑难病症及牲畜饲养和粮食作物种植等方面都有重大的贡献。古DNA提取技术作为获得该重要的信息载体的最重要手段,长久以来受到了世界各地的考古学家以及医学研究学者们的高度重视。随着科学的发展,古DNA提取技术已经形成多种核心方法：Chelex-100 法、酚-氯仿抽提法、二氧化硅（硅粒）法、NaOH 法、硅离心柱法试剂盒、磁珠法试剂盒等方法。本文将根据最新的研究成果对以上提到的几种方法进行分析比较,以期能够为将来古DNA提取技术的发展创新提供新的思路与方向。     

Experimental conditions improving in‐solution target enrichment for ancient DNA

High‐throughput sequencing has dramatically fostered ancient DNA research in recent years. Shotgun sequencing, however, does not necessarily appear as the best‐suited approach due to the extensive contamination of samples with exogenous environmental microbial DNA. DNA capture‐enrichment methods represent cost‐effective alternatives that increase the sequencing focus on the endogenous fraction, whether it is from mitochondrial or nuclear genomes, or parts thereof. Here, we explored experimental parameters that could impact the efficacy of MYbaits in‐solution capture assays of ~5000 nuclear loci or the whole genome. We found that varying quantities of the starting probes had only moderate effect on capture outcomes. Starting DNA, probe tiling, the hybridization temperature and the proportion of endogenous DNA all affected the assay, however. Additionally, probe features such as their GC content, number of CpG dinucleotides, sequence complexity and entropy and self‐annealing properties need to be carefully addressed during the design stage of the capture assay. The experimental conditions and probe molecular features identified in this study will improve the recovery of genetic information extracted from degraded and ancient remains.     

利用古蛋白技术分析巨猿演化地位的评述

巨猿是中国南方更新世特有的大型猿类,因其巨大的牙齿和颌骨被认为是迄今生活在地球上体型最大的猿类。迄今为止,年代学和生物地层学证据显示巨猿的生存年代2~0.3 MaBP。由于中新世晚期—上新世时期化石记录的缺失,有关巨猿的起源和演化一直存在诸多争论。2019年,《自然》杂志报道广西吹风洞早更新世早期(1.9 MaBP)巨猿牙齿化石的古蛋白质研究^[1]。结果显示,巨猿牙齿牙釉质中保存了较为丰富的古代蛋白质,这些古蛋白质由409个特有的肽组成,分属6个内源性蛋白。对这些古老蛋白质的研究表明,巨猿在系统发育上属于猩猩分支系统,大约从10~12 MaBP前分化出来并独立演化。这是在亚热带地区的化石中首次提取如此古老的分子证据,提示古蛋白质研究有望为探索早期物种(包括人类)起源与演化提供重要依据。本文将简要回顾巨猿系统演化研究的历史,并对利用古蛋白技术分析巨猿的演化地位进行评述。