北京日报客户端|记者刘素雅
远古DNA是带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和适应过程。它不仅记录了人类的基因史，而且持续影响着当今人们的生理和健康。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员傅及其团队受《细胞》杂志特刊邀请，引领古DNA前沿领域，撰写了一篇关于古DNA技术发展与未来的批判性论文。7月21日，这篇文章在线发表在《细胞》杂志上。
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。在这项技术普及之前，古代DNA领域只能依靠聚合酶链式反应来确定少数特定DNA片段的序列，获得的信息极其有限，很难从污染的DNA中分辨出真正的古代DNA。高通量测序理论上可以对样本中所有DNA分子的信息进行测序，通过与生物信息学相结合，可以快速检测出样本中是否存在古DNA损伤，从而达到鉴定的目的。这种方法也成为古代DNA检测的重要标准。
古DNA提取物中往往含有大量的污染DNA，真正有用的古DNA序列往往不到测序数据的1%。于是出现了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“捞出”目标古DNA。比如中国南方温暖湿润的环境和当地的酸性土壤，都不利于古DNA的保存，使得这一地区的古DNA研究一度处于一种空白茫茫的状态。利用这一技术，傅团队成功从这一高难度样本中获得了30个古代南方人群的基因组信息，揭示了东亚和东南亚交汇处人群一万多年的遗传历史。
最近，古DNA研究人员进一步挑战极限，脱离化石的束缚，直接从土壤等沉积物中提取古DNA。该技术已成功应用于丹尼索瓦洞穴和白石崖洞穴，并成功获取了数万年前灭绝古人类的DNA。
重建已灭绝的古人类尼安德特人和丹尼索瓦人的完整基因组，绘制全球人口迁移和交流的历史，挖掘东亚最古老现代人的基因结构，揭示末次盛冰期前后东亚适应性基因的变化，追溯中国南北地区人口格局的形成，追溯中国南方南岛语族人口的起源...在过去的十年里，研究人员利用古老的DNA技术发现了丢失了几千年的基因信息，并从中剥茧。
目前，古代DNA样本的预处理步骤只能依靠人工。如何将这种耗时耗力的工作整合到自动化系统中，是古代DNA实验技术需要攻克的下一个难关。同时，古代DNA技术的应用远不止人类的古代基因组。通过古微生物信息追溯古疾病的流行和共生微生物的进化，通过古表观遗传信息探索古动物与环境的相互作用，通过古蛋白质探索更大时间尺度上的人类进化，都是古分子的重要分支。如何更有效地获取这些信息，并在多维度上进行组合，也将是未来研究的难点之一。
傅说，人类的一些重要功能基因单倍型，如先天免疫、脂质代谢、高原适应性、肤色、新冠肺炎氏症等严重疾病的易感性等。据推测是来自已经灭绝的古人类。东亚地区与毛发和牙齿表型相关的基因型在末次盛冰期后频率也有所增加，推测可能与环境适应性有关。然而，在古代DNA研究中发现的许多特殊基因型的功能尚未确定。未来我们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。将古代的DNA技术和现代前沿的分子生物学技术结合起来，我们会对进化史对我们当前人类健康的影响有更清晰的认识。
[对话]
傅:为冷门学科研究贡献“她的力量”
破译东亚最古老现代人的基因组和近4万年来中国人的动态进化图谱，为中华文明的起源做出了重要贡献。7月15日，傅获得第十七届“中国青年女科学家奖”。她在获奖感言中说，新时代为女性科技工作者实现理想提供了良好的科研环境和广阔的平台。“作为其中一员，我也肩负着科技报国的时代使命，我要在创新前沿和科技研究新高地贡献‘她的力量’。”
在最新的科学研究方向，傅致力于探索有关人类的问题，如适应性基因的进化。目前，她和她的团队关注的另一个重要方向是人类进化与古代微生物的结合，尤其是与疾病进化的结合。一方面追溯了古代一些致病病原体的进化过程，另一方面追溯了工业化后一些出现频率增加的疾病如口腔疾病在特定历史时期除病原体外的进化过程。
傅认为，这些研究将为理解当前人类健康问题提供重要的遗传信息。同时，通过了解古代人类与微生物共同进化的过程，对现代或未来人类适应环境也会有一定的启示。
从事相对冷门的古DNA研究的傅说，无论在什么领域，做科研的人都是在永远保持好奇心的过程中鞭策自己，不断深入地做研究。当被问及是否担心冷门学科人才短缺时，傅认为，“一个学科的发展需要真正喜欢它的人在这个领域不断专注和探索。哪怕只有一个人，都是学科发展的力量。”
