一種新技術(shù)可以經(jīng)濟有效地分析來自化石植物和動物遺骸的遺傳物質(zhì)。來自瑞士聯(lián)邦森林，雪地和景觀研究所WSL以及洛桑和伯爾尼大學(xué)的研究人員利用這種技術(shù)檢測了提契諾州湖泊沉積物中發(fā)現(xiàn)的銀杉針的DNA。他們發(fā)現(xiàn)了森林如何對農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)作出反應(yīng)的線索。新工藝?yán)肈NA技術(shù)的最新進展，從史前植物和動物中分離出古DNA(aDNA)。然而，迄今使用的技術(shù)是昂貴的。洛桑大學(xué)生態(tài)與進化系教授納迪爾·阿爾瓦雷斯說：“由于人口遺傳學(xué)家經(jīng)常需要幾十個樣本來做出可靠的陳述，許多研究思想目前在經(jīng)濟上并不可行。”

由Alvarez和他的同事Christoph Sperisen(WSL的人口遺傳學(xué)家)，Willy Tinner(伯爾尼大學(xué)古生物學(xué)教授)和Sarah Schmid(洛桑大學(xué)的生物學(xué)家)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)在開發(fā)了一個成本 - 有效的替代品，并在提契諾州的Origlio湖中發(fā)現(xiàn)了亞化石銀杉針的潛力。該團隊在研究期刊“ 生態(tài)學(xué)與進化方法”中展示了這些結(jié)果。

在大海撈針

使用亞化石遺傳物質(zhì)是一項挑戰(zhàn)。“aDNA通常是碎片化的，化學(xué)損傷的，并且被細(xì)菌和真菌的遺傳物質(zhì)污染，”Sperisen解釋說。“例如，在湖泊沉積物中收集的樣本中，只有每百分之一的DNA分子來自銀杉。” 因此，提取DNA就像在大海撈針中尋找一根針。

到目前為止，研究人員通過將DNA序列的化學(xué)制造對應(yīng)物引入樣品溶液中來提取DNA，因為DNA由兩條鏈組成，實際上鏡像序列的構(gòu)建塊相互連接。微小的金屬珠附著在制造的DNA上。一旦人工DNA與aDNA結(jié)合，就可以用磁鐵提取整個結(jié)構(gòu)。

然而，高達(dá)90%以上的植物和動物DNA由沒有已知功能的部分組成，例如大多數(shù)空白頁的食譜。的新技術(shù)，hyRAD-X，不分析整個DNA鏈而是專門使用被表達(dá)的基因組中的分?jǐn)?shù)(即，包含用于構(gòu)建一個蛋白質(zhì)的指令的段)。這些部分還使用酶產(chǎn)生，這種創(chuàng)新將aDNA分析的成本降低了十倍。由于每一滴灰塵都含有外來DNA，這項工作必須在潔凈室內(nèi)進行，就像WSL新的國家植物保護實驗室一樣。在Origlio湖農(nóng)業(yè)出現(xiàn)之前和期間，研究人員利用這項新技術(shù)研究了銀樅的遺傳多樣性。古生物學(xué)家Tinner研究了湖泊沉積物的核心，發(fā)現(xiàn)了木炭沉積物以及谷物花粉和侵入性雜草，指出了7,500至5000年前人們?yōu)榱饲謇磙r(nóng)田和牧場的空間而進行的第一次農(nóng)業(yè)活動。在全新世的下半部分，所有提契諾州的熱愛銀杉站都被殺掉了; 栗樹現(xiàn)在在他們的地方生長。

結(jié)果表明，銀杉林(及其遺傳多樣性)隨著農(nóng)業(yè)的曙光而縮小，并在大約6200年前恢復(fù)。“不同年齡的銀穗的DNA比較顯示，國內(nèi)林分在不涉及其他地區(qū)的銀杉的情況下重新進行遺傳再生，”Sperisen說。

遺傳多樣性是決定人口應(yīng)對環(huán)境變化能力的關(guān)鍵。例如，高遺傳多樣性增加了適應(yīng)更干燥氣候的機會。了解以前從人類干預(yù)中遺傳恢復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)如何表明它們?nèi)绾螒?yīng)對全球氣候變化以及當(dāng)前土地使用方式的變化。因此，研究人員現(xiàn)在希望在其他化石植物樣本上使用hyRAD-X技術(shù)來澄清，例如，在提契諾州，已經(jīng)滅絕，喜愛熱的銀杉具有特定的遺傳特性，這些遺傳特性在溫暖的氣候條件下可能非常重要。

2015年，WSL開設(shè)了一個潔凈室，研究人員在超壓下工作，防止花粉，灰塵或任何其他雜質(zhì)進入實驗室。人口遺傳學(xué)家使用來自植物和動物的亞化石材料來分析DNA，從而深入了解過去的生態(tài)系統(tǒng)。在潔凈室坐落在國家植物保護實驗室，這是由WSL連同瑞士聯(lián)邦辦公室建成為環(huán)境FOEN和聯(lián)邦農(nóng)業(yè)辦公室FOAG。