古DNA是带着时间刻度的遗传信息，从独特的视角书写了人类数万年来的演化与适应历程，不仅记录了人类的遗传历史，还持续地影响着现今人群的生理和健康。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹及团队受《细胞》杂志特刊邀请，领衔古DNA前沿领域针对古DNA技术的发展与未来撰写评述性论文。7月21日，文章在《细胞》杂志在线发表。
（图：2010年以来古DNA技术发展的重要里程碑）
高通量测序又叫“二代测序”，是一种快速测定大量DNA序列的技术。该技术普及前，古DNA领域只能依赖聚合酶链式反应测定少数特定DNA片段的序列，获取的信息极其有限，且难以区分真正的古DNA和污染DNA。而高通量测序理论上能测序样本中所有DNA分子的信息，结合生物信息学手段，还能快速检测样本中是否存在古DNA损伤，从而达到鉴别目的。这一方法，也成了古DNA检测的重要标准。
古DNA提取物中常常包含大量污染DNA，真正有用的古DNA序列常常不足测序数据的1%。于是，DNA捕获技术出现，通过设计DNA或RNA探针，像钓鱼一样把目标古DNA从海量的污染DNA中“钓取”出来。比如，我国南方温暖潮湿的环境和当地的酸性土壤都不利于古DNA的保存，使得这片区域的古DNA研究一度处于空白状态。付巧妹团队运用该技术，从这一棘手的样本中成功获取了30个古南方人群的基因组信息，揭示了一万余年以来东亚和东南亚交汇处的人群遗传史。
最近，古DNA研究人员进一步挑战极限，脱离化石的桎梏，直接从土壤等沉积物中提取古DNA。这项技术已成功应用在丹尼索瓦洞和白石崖溶洞中，成功获取了数万年前的已灭绝古人类的DNA。
重建已灭绝古人类尼安德特人和丹尼索瓦人的全基因组、绘制全球人群迁徙交流历史、挖掘最古老东亚现代人“田园人”的遗传结构、揭示东亚人群末次盛冰期前后适应性基因的变化、追溯中国南北方人群格局的形成、溯源南岛语系人群的中国南方起源……在过去十余年里，研究人员利用古DNA技术发掘出那些遗落了成千上万年的遗传信息，从中抽丝剥茧，不断刷新我们对人类历史的认知。
当前，对古DNA样品的前处理步骤仍只能依赖人工，如何把这项耗时耗力的工作整合到自动化体系中，是古DNA实验技术需要攻克的下一道难关。同时，古DNA技术的应用远不止于人类古基因组，通过古微生物信息追溯古代疫病流行和共生微生物演化、利用古表观遗传学信息探究古代动物和环境的相互作用、以及利用古蛋白质探索更大时间尺度的人类演化，都是古分子的重要分支方向。如何更有效地获取这些信息，并将信息进行多维度结合，也将是未来研究的难点之一。
付巧妹表示，人类的一些重要功能基因单倍型，如涉及到先天免疫、脂代谢、高海拔适应性、肤色、新冠重症易感性等，推测来自于已灭绝古人类。东亚人群特有的与头发、牙齿表型相关的基因型也是在末次盛冰期之后频率升高，推测与环境适应性相关。然而，还有很多古DNA研究发现的特殊基因型的功能还未能确定。在未来，可以通过构建动物模型并结合基因编辑技术对这些发现进行验证，结合古DNA技术与现代前沿分子生物学技术，将能更清晰地理解演化史对我们当今人类健康的影响。
[对话]
付巧妹：为冷门学科研究贡献“她力量”
破译东亚最古老现代人基因组及我国四万年来人群的动态演化图谱，为中华文明探源做出重要贡献，7月15日，付巧妹荣获第十七届“中国青年女科学家奖”。她在获奖感言中表示，新时代为女性科技工作者提供了良好的科研环境和实现理想的广阔平台，“身为其中一员，我也肩负着科技报国的时代使命，要在‘创新最前沿、科技攻关新高地’贡献一份‘她力量’。”
在科研的最新方向上，付巧妹致力于探索关于人类本身的问题，例如适应性基因的演化等。目前，她和团队关注的另一个重要方向，是人类演化跟古微生物的结合，特别是跟疾病演化的结合，一方面是追溯一些致病病原体的远古演化过程，另一方面则是除病原体以外，追溯一些工业化之后频率增高的疾病，如口腔疾病在特定历史时期的演变过程。
付巧妹认为，这些研究，将会为理解现在人类的健康问题提供重要的遗传学信息。同时，通过了解古代人类在与微生物协同演化的过程，也将对现代或未来人类对环境的适应有一些启示。
从事相对冷门的古DNA学科研究，付巧妹表示，不管在什么领域，做科研的人，就是在永葆好奇心的过程中推动自己，持续地、深入地做研究。当询问到是否担心冷门学科人才存量不足的问题时，付巧妹认为，“学科的发展需要真正喜欢它的人在这个领域里专注、持续探索，哪怕只有一个人，都是学科发展的力量。”
责任编辑：张玉
