来自永久冻土、湖泊、洞穴和海洋沉积物的古环境 DNA（aeDNA）蕴含丰富的遗传数据，能够广泛呈现过去的生物多样性。准确测年对于从 aeDNA 中发现具有生态学意义的模式至关重要；分子钟测年则可直接依据回收的遗传物质估算样本年代，而不必依赖地质组分。然而，来自多个分类群的短读长古 DNA（aDNA）具有高度片段化且受损的特征，这带来了重大挑战，也限制了该测年方法在 aeDNA 中的应用。为此，我们开发了 ratePlacer，这是一种基于系统发育的方法，可分析 aeDNA、整合样本中大量短读长序列的信息，并在考虑 DNA 损伤的情况下估计样本年龄的最大似然值。模拟结果表明，即使在 aeDNA 典型的片段化和受损条件下，ratePlacer 仍能准确测定样本年代；对于 aeDNA 中常见的分类群混合样本，其表现也优于贝叶斯末端定年方法。然而，对 Kap Kobenhavn 样本重新测年所得的年龄估计在不同分类群间存在差异，凸显了 aeDNA 分子钟测年的难度。此次测年还发现 G[->]T 和 C[->]A 错配频率升高，这与氧化损伤相符。这些模式揭示了脱氨作用以外、且仍未得到充分研究的 aDNA 损伤，提示在基因组学和进化分析中应谨慎评估 aeDNA。新的测年方法 ratePlacer 将 aDNA 分子钟测年从单个标本扩展至汇集的环境 DNA 数据，而传统方法难以处理此类数据。
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来自永久冻土、湖泊、洞穴和海洋沉积物的古环境 DNA（aeDNA）为遗传数据提供了丰富来源，能够从广泛视角呈现过去的生物多样性。准确测定年代对于从 aeDNA 中发现具有生态学意义的模式至关重要；分子钟定年则可依据回收的遗传物质本身估算样本年代，而非依赖地质组分。然而，来自多个分类群的短读长古 DNA（aDNA）具有片段化和受损等特征，带来了重大挑战，也限制了这一方法在 aeDNA 定年中的应用。在此，我们开发了 ratePlacer，这是一种基于系统发育的方法，可用于分析 aeDNA；该方法能够综合样本中大量短读长序列的信息，同时考虑 DNA 损伤，从而以最大似然法估算样本年代。模拟结果表明，即使在 aeDNA 特有的片段化和受损条件下，ratePlacer 仍能准确测定样本年代；对于 aeDNA 中常见的分类群混合样本，其表现也优于贝叶斯末端定年方法。然而，对哥本哈根港（Kap København）样本重新定年后发现，不同分类群所得的年代估计存在差异，凸显了 aeDNA 分子钟定年的难度。此次定年还揭示了升高的 G→T 和 C→A 错配，与氧化损伤相符。这些模式表明，aDNA 损伤不仅限于脱氨作用，且其其他形式仍缺乏充分研究，因此在基因组学和进化分析中应谨慎评估 aeDNA。新的定年方法 ratePlacer 将 aDNA 分子钟定年的适用范围从单个标本扩展到汇集的环境 DNA 数据，而传统方法难以处理后者。
利益冲突声明
作者声明没有】【。
利益冲突。
已申报的资助方信息
美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划，DGE-2146752
诺和诺德基金会，NNF24SA0092560
惠康信托基金，313162/Z/24/Z
美国国立卫生研究院国家普通医学科学研究所，R00GM144747
美国国家科学基金会 ACCESS，BIO260052，BIO180028
版权
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发布于 2026 年 7 月 7 日。
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古环境 DNA 的分子钟定年揭示脱氨之外的损伤
Maya Lemmon-Kishi、Lenore Pipes、Bianca De Sanctis、Rasmus Nielsen
bioRxiv
2026.07.03.735781
doi: https://doi.org/10.64898/2026.07.03.735781
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古环境 DNA 的分子钟定年揭示脱氨之外的损伤
Maya Lemmon-Kishi、Lenore Pipes、Bianca De Sanctis、Rasmus Nielsen
bioRxiv
2026.07.03.735781；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.07.03.735781
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关键词：古环境DNA · 分子钟测年 · DNA损伤 · 氧化损伤 · 系统发育分析
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.03.735781v1?rss=1