與它們的非洲象近親不同，長毛猛獁象是寒冷地帶的生物，它們有長長的毛髮，厚厚的脂肪層和較小的耳朵，這些都可以最大限度地減少熱量損失。科學家們首次全面地編目了數百種基因突變，這些突變導致了這些差異。
這項研究揭示了長毛猛獁象（Mammuthus primigenius）是如何從與亞洲象（Elephas maximus）共同的祖先進化而來的。它甚至可以作為工程改造能夠生存在西伯利亞的非洲象的配方。
加州大學聖克魯斯分校的進化遺傳學家貝絲·夏皮羅說：“這些是我們需要在非洲象基因組中修改的基因，以創造一種主要還是非洲象，但實際上能夠在寒冷地區生存的動物。”她沒有參與最新的研究。儘管聽起來很奇特，但這項工作在馬薩諸塞州波士頓的一個研究實驗室中還處於非常早期的階段。
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第一個長毛猛獁象基因組於2008年釋出，但它包含太多錯誤，無法可靠地區分猛獁象基因組與非洲象基因組之間的差異。其他研究單獨挑出猛獁象的個別基因進行仔細檢查，確定了使動物具有淺色毛髮和在寒冷條件下工作的攜氧血紅蛋白蛋白的突變。
脂肪的秘密
在最新的研究中，伊利諾伊州芝加哥大學的進化遺傳學家文森特·林奇和他的團隊描述了他們如何對三隻亞洲象和兩隻長毛猛獁象（一隻死於2萬年前，另一隻死於6萬年前）的基因組進行了高質量的測序。他們發現猛獁象和非洲象之間大約有140萬個DNA字母不同，這改變了1600多個蛋白質編碼基因的序列。該研究於4月23日釋出在生物學預印本伺服器bioRxiv.org上。
在文獻中梳理有關這些蛋白質在其他生物體中的作用的資訊，揭示了數十個與皮膚和毛髮發育、脂肪儲存和代謝、溫度感覺以及其他可能與北極生活相關的生物學方面有關的基因。
例如，幾種在猛獁象中特有的發生變化的基因參與了生物鐘的設定，這可能是對生活在冬季黑暗和夏季24小時白天的世界的潛在適應。其他北極動物，如一些馴鹿，也有類似的突變。
猛獁象基因組還包含控制脂肪細胞產生的基因的額外複製，以及與胰島素訊號傳導相關的基因的變異，而胰島素訊號傳導又與糖尿病和糖尿病預防有關。猛獁象和非洲象之間存在差異的幾個基因參與了感知熱量並將該資訊傳遞到大腦。
復活的基因
該團隊“復活”了其中一個熱感應基因的猛獁象版本，該基因編碼一種名為TRPV3的蛋白質，該蛋白質在皮膚中表達並調節毛髮生長。他們將基因序列插入實驗室中人類細胞的基因組中，並將其暴露於不同的溫度下，結果表明，猛獁象TRPV3蛋白對熱的反應不如非洲象版本靈敏。這一結果與之前的發現相符，即與正常齧齒動物相比，TRPV3失活的小鼠更傾向於在籠子的較冷部分花費時間，並且擁有更捲曲的毛髮。
林奇說，下一步是將相同的基因插入到已透過化學方法程式設計為具有胚胎細胞行為的非洲象細胞中，因此可以轉化為多種細胞型別。這種誘導多能幹（iPS）細胞隨後可用於檢查猛獁象蛋白質在不同組織中的表達。林奇的團隊還計劃測試其他猛獁象突變在iPS細胞中的影響。
艱鉅的任務
哈佛醫學院的遺傳學家喬治·丘奇的實驗室已經在進行類似的工作。利用一種被稱為CRISPR/Cas9的技術，該技術可以輕鬆編輯基因，他的團隊聲稱已經改造了非洲象細胞，使其包含14個可能與耐寒性有關的猛獁象基因版本，儘管該團隊尚未測試這如何影響非洲象細胞。丘奇計劃在由非洲象iPS細胞建立的“類器官”中進行這些實驗。
丘奇說，這項工作是編輯整個長毛猛獁象基因組的序幕，甚至可能復活長毛猛獁象，或者至少賦予亞洲象足夠的猛獁象基因使其能夠在北極生存。第二種選擇更容易實現，因為它需要的突變比第一種選擇少。西伯利亞北部一個名為更新世公園的16平方公里的保護區甚至被提議作為這種耐寒非洲象種群的潛在家園。
然而，林奇說，是否有人想做這樣的事情是另一個問題，夏皮羅也同意。在她 的書《如何克隆猛獁象》（普林斯頓大學出版社，2015年）中，她概述了阻礙培育轉基因“長毛象”的無數障礙，從將生殖技術應用於瀕危物種的倫理問題，到非洲象生殖生物學領域仍然不成熟這一事實。
夏皮羅說：“我可能應該把這本書叫做《如何克隆猛獁象（如果它在技術上變得可行，而且如果它實際上是一個好主意，這可能不是）》。”“但這標題太不吸引人了。”
本文經許可轉載，並於2015年5月1日首次發表。