Ученые собрали самую полную 3D-реконструкцию генома шерстистого мамонта благодаря невероятно хорошо сохранившемуся образцу, который был «заморожен-высушен» сразу после смерти. Благодаря тому, что его ДНК сохранилась в стеклообразном состоянии, впервые были обнаружены окаменелые хромосомы, что позволило команде даже увидеть, какие гены были включены, а какие выключены.
Мамонтов и других животных ледникового периода обычно вытаскивают из вечной мерзлоты в относительно хорошем состоянии, с сохраненными мягкими тканями. Но через многие десятки тысяч лет – и даже через миллион лет – эта древняя ДНК обычно распадается на мелкие фрагменты, что затрудняет восстановление загадки.
Тем не менее, ученые ранее уже делали это. удалось секвенировать геном мамонта, но это только половина картины. Трехмерная структура этого генома дает много дополнительной информации, которая будет иметь решающее значение для таких проектов, как Colossal — стартапа, который планирует возродить шерстистого мамонта в течение следующего десятилетия.
Теперь ученые нашли сохранившегося мамонта, который сохранил эту трехмерную структуру. Этот крупный экземпляр самки, датируемый 52 000 лет назад, был выкопан из вечной мерзлоты на северо-востоке Сибири в 2018 году. По счастливой случайности, похоже, что погода быстро высушила это тело после смерти животного, сохранив его клеточную структуру более неповрежденной, чем обычно. В результате сегменты ДНК оказались в миллион раз длиннее, чем фрагменты, обнаруженные в большинстве древних образцов.
Часть стопы лиофилизированного мамонта Лав Дален
Исследователи взяли образец кожи за ухом мамонта, извлекли из него ДНК, а затем проанализировали его с помощью метода под названием Hi-C. Этот метод работает путем определения того, какие сегменты ДНК физически расположены близко друг к другу в ядре клетки, а это означает, что они с большей вероятностью будут взаимодействовать. Благодаря этому можно составить карту трехмерной структуры генома. Hi-C уже используется для картирования генома человека.
«Представьте, что у вас есть головоломка, состоящая из трех миллиардов частей, но у вас нет изображения последней головоломки, с которой можно работать», — сказал Марк А. Марти-Реном, автор исследования. «Hi-C позволяет вам получить приблизительное представление об этой картине, прежде чем вы начнете собирать кусочки головоломки».
Используя геномы современных слонов в качестве шаблона, исследователи использовали Hi-C для создания первого 3D-карта генома мамонта. Это показало, что у мамонтов было 28 хромосом — столько же, сколько у современных слонов.
Невероятно, но геном сохранился настолько детально, что команда смогла различить наноразмерные петли, которые помогают регулировать гены, и даже определить, какие гены активны, а какие неактивны в клетках кожи мамонта. Эти паттерны активации генов отличались от тех, которые наблюдались у азиатского слона, что может указывать на гены, связанные с его холодоустойчивостью и «шерстистостью».
«Впервые у нас есть шерстистая ткань мамонта, которую мы изучали. примерно знать, какие гены были включены, а какие выключены», — сказал Марти-Реном. «Это необычайный новый тип данных, и это первая мера клеточно-специфической генной активности генов в любом древнем образце ДНК».
Команда говорит, что следующие шаги — изучить ген закономерности экспрессии других тканей мамонта. Эти данные могут оказаться чрезвычайно важными для усилий по спасению гигантских видов. Этот метод также можно использовать на других хорошо сохранившихся образцах древней ДНК, включая мумии.
Результат исследования был опубликован в журнале Cell.
