submitted to PNAS
这项工作由Pineau Rozenn和Zach Gompert领导，并得到了 Karen Mock、Jesse Morris、Vachel Kraklow、Andrea Brunelle 和 Aurore Pageot 的关键帮助。这个团队汇集了来自进化、基因组学、植物学和古生态学方面的专家人士。
首先，潘多是什么？它是一株单株颤杨，通过根部发芽，已占领了犹他州 106 英亩（42.6 公顷）的土地。虽然我们知道它很大，但它的年龄以及它如何随着时间的推移保持遗传完整性仍然是个谜。
基于超 22,000 个基因变异的主成分分析，我们可以清楚地区分 Pando 样本与周围的无性系。样本在 PCA 空间中聚类得很漂亮。
当我们将这些基因差异重新映射到物理空间时，我们清楚地看到了潘多的结束和其他克隆的开始的边界。这证实了之前关于潘多物理范围的研究。
一个关键挑战：如何在所有遗传变异中找到 Pando 生长过程中出现的罕见突变（体细胞突变）？我们开发了一种巧妙的方法，使用技术重复来验证这些罕见变异。
通过多次测序同一样本，我们可以区分真正的体细胞突变和测序错误。这至关重要 - 这些突变是我们了解潘多历史的窗口。
当我们观察树木之间如何共享突变时，我们发现了一些令人着迷且出乎意料的事情。虽然物理空间上相近的树木共享的突变略多，但这种空间信号比我们预期的要弱得多。
观察单个突变也得出了同样的结论。发生突变的树木之间的平均距离仅略小于随机预期（264 米 vs 280 米）。
这种弱空间结构令人费解——体细胞突变难道不应该在局部积累，从而在实际树的空间内形成‘demographic tree’吗？我们是否会因为只在大空间尺度上观察树叶而错过一些东西？
为了深入挖掘，我们在潘多的两个地点进行了密集采样，收集了相距仅 1-15 米的树木的叶子、根、树皮和树枝。我们还开发了一个突变如何传播的概念模型。
在这个更精细的尺度上，我们看到了更强的空间模式，尤其是在叶子中。附近的叶子比远处的叶子有更多的突变。但在其他组织中，信号仍然出奇地弱。
组织特异性分析揭示了另一个惊喜——叶子比根或树皮积累了更多的突变。这暗示了保护长寿组织免受突变积累的机制。
现在来回答下一个大问题：潘多有多老？我们使用已知突变率校准的系统发育模型来找出答案。
考虑到突变检测的不确定性，我们估计潘多有 16,000-80,000 年的历史。即使是我们最保守的估计，它也是已知最古老的地球生物之一！
潘多附近的湖泊沉积物岩芯支持这些年龄估计，显示过去 15,000 年里颤杨树一直存在，而总体存在可以追溯到 60,000 年前。
潘多的年龄可以这样理解：即使按照我们最保守的估计，当人类狩猎猛犸象时，潘多就已经存活了。按照我们最古老的估计，潘多在我们这个物种离开非洲之前就已经发芽了。
真正有趣的地方就在这里：我们不应该将 Pando 视为一个单独的“个体”，而应该将其视为一个长期进化的克隆种群，类似于RELenski的长期进化实验 (LTEE) 中的细菌。
Pando 是三倍体，因此基本上无法进行有性生殖。这使它与其他颤杨种群隔绝，这意味着通过体细胞突变和选择进行克无性系内的进化是适应的唯一途径。
突变模式中弱空间结构表明，数千年来细胞谱系发生了广泛的混合。虽然根系每年仅扩展约 15 米，但数千年来，这可能会使整个 Pando 范围内的变异同质化，并促进无性系内的选择。
植物和其他无性系生物显然面临着在如此巨大的时间跨度和空间尺度上保持遗传完整性的独特挑战。我们的研究表明，它们可能已经进化出了解决这个问题的方法，通过“类似细菌”的瓶颈来限制突变的传播。
潘多不仅仅是自然界的一个奇迹，它还是一扇窗户，让我们能够了解突变、长寿以及长寿无性系生物中发育和进化之间模糊界限等基本问题。
如果没有来自出色合作者和NSF及NIH的持续支持，这项工作不可能实现。
非常感谢领导基因组分析的 Rozenn 和指导系统发育工作的 Zach。他们是这个项目真正的领导者，我很幸运能与他们合作。
第一个有趣的事实：我们实际上需要 6 年时间进行 3 次不同的测序才能完成这项工作。我们天真地期望在第一次实验中看到更多的空间结构……
第二个有趣的事实：这个项目的启动（对我来说）是因为我在 2019 年的讲座中介绍了 Pando，然后一年级博士生 Rozenn 问她是否可以做一个关于它的项目。我认为这是一个好主意，但我知道我没有专业知识可以真正为她提供建议。
因此，我们联系了 Pando 专家 Karen Mock，她对 Pando 有着深厚的了解，她表示自己已经开始与 Zach Gompert 一起研究这个主题了！他们非常慷慨地让我们加入了这个项目。这是一次愉快的合作！
我通常研究 MuLTEE，这是一个约 8,000 代的比较婴儿。我仍然对 Pando 的年龄感到敬畏，并且我们可以从自然界真正的长期进化实验中学到很多东西。
一如既往，感谢您坚持到最后，我们很想听听您的想法！
以上内容和图片来自作者Will Ratcliff（@wc_ratcliff）的推文内容。
论文全文请点击阅读原文获取。
Mosaic of Somatic Mutations in Earth’s Oldest Living Organism, Pando
Rozenn M. Pineau, KarenE. Mock, Jesse Morris, Vachel Kraklow, Andrea Brunelle, Aurore Pageot, William C. Ratcliff, Zachariah Gompert
bioRxiv 2024.10.19.619233;
doi: https://doi.org/10.1101/2024.10.19.619233
