Первую секвенированную ДНК удалось получить не от древнего домашнего животного, а от музейного образца вымершей зебры, которая обитала в Южной Африке до конца XIX века.
Ранние исследования ДНК основывались на молекулярном клонировании, при котором геномные экстракты восстанавливались, перевязывались в плазмиды и реплицировались внутри бактерий.
--------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая развивалась почти одновременно, обеспечивала более прямой доступ к молекулам ДНК, поскольку она могла усиливать целевые области интереса в достаточных количествах до секвенирования.
Поэтому ПЦР стала стандартным методом до тех пор, пока 20 лет спустя не началась разработка высокопроизводительного секвенирования ДНК (HTS). ПЦР, однако, не лишена ограничений.
Во-первых, несколько коэффициентов химических соединений, полученных с помощью археологических ДНК, могут выступать в качестве ингибиторов полимераз Taq ДНК и препятствовать их усилению.
Во-вторых, химерные ПЦР ампликоны, рекомбинирующие информацию о последовательности, присутствующую в нескольких шаблонах, могут быть сформированы.
В-третьих, аДНК содержит множество химических модификаций, образовавшихся посмертно, включая некоторые, которые не могут быть преодолены ДНК-полимеразой и, таким образом, проваливаются попытки ПЦР, и некоторые, которые приводят к ошибкам копирования.
Наиболее многочисленными из таких модификаций являются урацилы, образующиеся после деаминирования остатков цитозина. Копированные как тимины, они приводят к введению артефактных мутаций GC>AT в пул ампликонов, которые могут быть выявлены путем секвенирования ампликонов после молекулярного клонирования.
Поэтому для обеспечения качества характеризуемой последовательности требовалась воспроизводимость в нескольких ПЦР-ампликонах и/или ампликоновых клонах.
Эти ранние подходы к изучению ДНК не отличались особой пропускной способностью, что значительно ограничивало объем доступной информации, поскольку для характеристики даже одного сегмента ДНК требовалось наличие больших фракций экстрактов ДНК.
Упрощение митохондриальных шаблонов ДНК (мтДНК), которые присутствуют в сотнях и тысячах копий на клетку, было в целом легче, чем ядерные фрагменты, и (гипер)переменные регионы МтДНК были до середины 2000-х годов почти единственным центром внимания исследователей аДНК.
Это технологическое ограничение объясняет, почему подавляющее большинство исследований в течение первых 20 лет исследований ДНК делали упор на восстановление филогенетических связей между вымершими и исчезающими видами и характеристику филогеографических и/или демографических популяций.
Первая функциональная информация, полученная из фрагментов древних ядерных генов, была получена после разработки так называемых двухраундовых мультиплексных ПЦР, в которых множественные локусы коамифицируются в первом раунде для восстановления материала, достаточного для второй амплификации, направленной на каждый из них в отдельности.
Это обеспечило доступ к биологическим признакам, не окаменевшим, таким как пигментация кожи, но на практике ограничилось в лучшем случае несколькими локусами и фенотипическими признаками.
Однако вскоре после этого HTS начал революционизировать исследования ДНК, позволив параллельно секвенировать миллионы и миллиарды образцов ДНК, тем самым резко увеличив объем генетической информации, которая может быть получена из каждого микролитра экстракта.
Первые HTS-платформы стали коммерчески доступными в 2006 г., и относительно скоро после этого была получена черновая версия первого генома мамонта (Mammuthus primigenius) из шерсти.
Первый древний геном человека и первый неандертальский геном были секвенированы несколько лет спустя. Другой плодотворной областью исследований является палеомикробиология, и ученые уже занимаются геномами древних бактериальных патогенов, таких как Yersinia pestis (этиологический возбудитель чумы), которые оказывают значительное влияние на здоровье человека за последние 10 000 лет.
К настоящему времени сформированы сотни последовательностей древних геномов (или плотные наборы данных по всему геному SNP), большинство из которых получены от анатомически современных людей или архаичных родственников человека.
Однако представлено небольшое количество других таксонов млекопитающих, включая мамонтов, лошадей, еврохов (Бос примигений), свиней, волков и собак.
Несмотря на наличие посмертного повреждения ДНК, качество древних геномов может конкурировать с качеством современных геномов; новые молекулярные и вычислительные методы улучшили нашу способность получать доступ к ультракоротким и сильно поврежденным молекулам АДНК, выравнивать последовательности считывания с этих молекул по эталонным геномам близких организмов и (camencing) удалять ошибки, вызываемые ими идентификации.
Молекулярные методы были также разработаны для целенаправленного обогащения предварительно отобранных областей интереса с помощью пробельного отжига.
В настоящее время последние могут извлекать до нескольких миллионов предварительно отобранных SNP по всему геному, целым экзомам и отдельным хромосомам, и даже полным геномам.
Таким образом, основываясь на последних достижениях в области палеогеномики человека и предположении, что необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать (или исправить) влияние смещения определения SNP - при котором полиморфные участки разделяются преимущественно в группе пород или популяций, используемых для обнаружения SNP - в настоящее время нет никаких очевидных технологических ограничений для сопоставимых исследований высокого разрешения геномики домашних животных и диких прогениторов в пределах всей голоценовой популяции.
Несмотря на значительный технический прогресс, достигнутый в последние годы, оптимистичный прогноз по палеогеномике домашних животных несколько сдержан климатом и географией. Местные экологические условия в ряде ключевых центров одомашнивания животных и растений, особенно в таких, как Плодородный полумесяц, не способствуют сохранению археологических ДНК.
Однако важно отметить, что ?400,000-ти летняя геномная информация была успешно извлечена из материала, сохраненного в неарктической среде, а фрагменты мтДНК уже были успешно извлечены из Леванта, Аравийского полуострова, Ирана и тропиков.
Недавно были охарактеризованы первые массивы данных в геномном масштабе, полученные от первых сельскохозяйственных производителей в Леванте. Кроме того, археологический материал, который может способствовать сохранению ДНК, особенно костей внутреннего уха, петрозной части височной кости и зубного цемента, вероятно, усилит внимание к региону фертильного движения в ближайшем будущем.
Палеогеномические исследования на домашних животных претерпевают изменение парадигмы. За последнее десятилетие эта область претерпела революцию благодаря впечатляющему расширению масштабов и возможностей высокопроизводительных геномичных технологий, которые в сочетании со все более сложными вычислительными методами анализа и интерпретации восстановленной информации о последовательности АДНК по всему геному привели к значительным открытиям, касающимся недавней эволюционной истории домашних животных, включая лошадей, крупного рогатого скота и собак.