2013_pic1  

相信許多人都看過侏儸紀公園這部電影,藉由DNA的解序有機會可以重現已滅絕的生物,然而,現階段的生物技術實現侏儸紀公園的場景,還有一大段路要走,主要原因便是DNA品質問題,化石內的DNA遭受了千百年,甚至上百萬年的氧化、水解等化學反應,DNA的化學結構已經有明顯的改變,不但,破碎且含量非常微少,這篇文章主要是要來探討古老DNA定序所面對的問題。下述三個類型的化學反應是在化石中常見的。

1. Hydorlysis

這會發生在DNA磷酸與Purine的位置。

i. 如果Hydorlysis發生在磷酸的位置,會造成DNA的斷裂。

ii. 如果Hydorlysis發生在Purine的位置,會造成DNA的序列不完整,定序實不容易定到A或G的訊號。

2013_pic2  

 

 

2. Alkylation/ Maillard reaction

 

這會產生interstrand crosslink或是intermolecular crosslink,

 

i. interstrand crosslink是DNA雙股間產生的,這會造成DNA雙股無法順利分離,使的PCR效率下降。

 

ii. intermolecular crosslink是DNA與另一個分子的DNA,或是蛋白質,交互作用後產生的,這樣的構型在石蠟包埋的樣品中也會見到,也會造成PCR效率下降。

2013_pic3  

 

 

 

3.Oxidation/ hydrolysis

 

這一類的化學反應發生,會直接造成定序上的錯誤。

2013_pic4  

 

不論hydorlysis 或是alkylation/ maillard reaction,會造成DNA不容易被PCR放大,使的對外來DNA的污染敏感性變高,最顯而易見的例子是,會發現人類DNA的汙染情況,因為,採樣與操作實驗的都是由人類經手,很難完全避免這類的汙染;而斷裂的DNA也使的assembly困難度變高。Oxidation/ hydrolysis這一類的化學反應發生,會直接造成定序上的錯誤;其正確性也很難去做確認,因為,化石本身數量不多,這之中能夠萃取DNA的樣品少之又少,

 

 

 

在15゚C、中性pH值下,DNA大須能夠保存100,000年,而恐龍大約是1億年前的生物,這樣長的年代已經有很高的機會產生成岩作用(diagenesis),使的DNA保存下來的機會比一般化石更低。

 

下表是目前化石中,曾經被定序的物種,需要特別說明的是,下表列的物種不是全基因體解序,而是一小片段DNA經由PCR方式放大後解序,例如,粒腺體的rDNA gene;綠色的字體是其定序結果,有再被其他研究單位確認過再現性,也就是說綠色字體的物種真的被定序的可能性較高;而紅色字體的物種是目前只有單一實驗室定序出來,其結果沒有被其他研究單位再現。

 

由下表可知,具有再現性的物種,距今皆不超過一百萬年,因此,要重現一億年前,白堊紀暴龍的英姿,還有一大段路要走。

2013_pic5  

 

 

 

Reference:

 

1. Michael Hofreiter, David Serre, Hendrik N. Poinar, Melanie Kuch,and Svante Paabo.(2010) Ancient DNA. Nature Reviews Genetics  2:353-359 

 

2. Eske Willerslev and Alan Cooper. (2004) Review Paper. Ancient DNA. Proceedings of the Royal Society 272:3-16

 

 

 

Yourgene Bioscience  

 

 

 

 

 

 

 

YourGene 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()