古代DNA技术:挖掘古代人类遗传信息的利器

挖掘全球人口迁移与交流的历史，绘制东亚最古老的现代人“田园人”的基因结构，追溯中国南北人口格局的形成.在过去的十几年里，研究人员利用古老的DNA技术，挖掘出已经失传了几千年的基因信息，不断刷新着对人类历史的认识。

7月21日，《细胞》杂志发表了中国科学院古脊椎动物研究所和古人类研究所的傅团队对古DNA技术的在线评论。研究人员回顾了古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。

摧毁高通量测序，革新古代DNA研究

目前，高通量测序技术广泛应用于古DNA研究领域。高通量测序又称“二代测序”，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DNA的研究领域只能依靠聚合酶链式反应(PCR)来确定少数特定DNA片段的序列。“PCR技术获得的DNA信息极其有限，很难从污染的DNA中分辨出真正的古DNA。”傅说：

高通量测序技术理论上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。即使远古DNA含量极低，高通量测序也能有效测序。“不仅如此，通过生物信息学手段，我们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。”傅强调。

目前，虽然高通量测序已经能够对古DNA进行有效测序，但由于古DNA提取物中往往含有大量污染的DNA，测序后的DNA分子大多是无用信息，真正有用的古DNA序列往往只占测序数据的不到1%。

对此，研究人员开发了一种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“钓”出目标古DNA。这项技术广泛应用于人类古基因组的研究。

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。

比如古代南方人的基因组研究。我国南方温暖湿润的环境和局部酸性土壤不利于古DNA的保存，这方面的古DNA研究一度是空白。利用DNA捕获技术，傅团队成功获取了30个古代南方人群的基因组信息，揭示了1万多年来东亚与东南亚交汇的人群遗传历史。

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”(沉积物)中提取古DNA。该技术已在丹尼索瓦洞穴和白石崖洞穴成功应用，并成功获得数万年前古人类的DNA。

可以预期，未来的重点将是今天的人类生理和健康。

尽管古DNA领域已经取得了丰硕的成果，但古DNA的研究却充满了艰辛和挑战。

“古DNA本身极易受到污染，其实验极其精细。过去，古人的DNA提取和数据库建立几乎一直依靠人工操作。”傅介绍。

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，不仅节省了人力物力，还降低了人工操作带来的污染风险。“然而，目前样品的预处理步骤只能依靠人力。如何将这种耗时耗力的工作整合到自动化系统中，是古DNA实验技术下一步需要攻克的难关。”傅说：

此外，古代DNA技术的应用远远超出了古代人类基因组。通过古代微生物信息追溯古代疾病的流行和共生微生物的进化

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。

傅说，现代人的一些重要功能基因单倍型来自古人类。这些基因涉及先天免疫、脂代谢、高原实用性、肤色等等。此外，东亚人群的毛发和牙齿表型基因型在最后一次冰期后也有所增加，研究人员推测这与环境适应性有关。

“然而，在古代DNA研究中仍然发现了许多特殊的基因型，其功能尚未确定。未来可以通过构建动物模型，结合基因编辑技术来验证这些发现。”傅说，通过将古代DNA技术与现代前沿分子生物学技术相结合，我们将能够更清楚地了解人类进化史对我们当前人类健康的影响。