粘合剂宏基因组学：解锁历史植物标本馆组装信息的古DNA分析新视角

《Botanical Journal of the Linnean Society》：Adhesive metagenomics: unlocking information on the assembly of historic herbaria

本研究针对历史植物标本制作中粘合剂来源不明的问题，通过古DNA宏基因组学技术分析1698-1970年间英国自然历史博物馆的Trochetiopsis标本。研究人员利用Illumina MiSeq测序和PIA系统发育交叉分析，首次从标本叶片中检测到牛科动物DNA信号，证实17世纪使用多源动物骨胶，1970年代标本则揭示纸张施胶工艺残留。该研究为标本制作史研究开辟了分子考古新路径。

　　

当您漫步在博物馆的植物标本馆中，那些被精心粘贴在纸页上的干枯植物，或许会让您好奇：数百年前的植物学家是如何将这些标本固定保存的？早期的标本制作者们曾使用过哪些神秘的粘合剂？这些看似微不足道的细节，实际上承载着丰富的技术史信息。传统上，我们对标本制作材料的了解主要来自历史文献记载，但文献往往不够完整且可能存在偏差。直到最近，一项发表在《Botanical Journal of the Linnean Society》上的创新研究，通过古DNA分析技术，为我们揭开了历史植物标本制作中粘合剂的神秘面纱。

这项名为"粘合剂宏基因组学"的研究，由英国华威大学、自然历史博物馆和荷兰自然生物多样性中心的研究团队共同完成。他们独辟蹊径，将目光投向通常被忽略的"外源DNA"——那些在植物标本DNA测序过程中被常规分析过滤掉的非目标生物DNA片段。研究人员假设，这些外源DNA可能正好记录了标本制作过程中使用的各种材料，包括动物胶、植物胶或纸张本身的来源信息。

为了验证这一假设，研究团队选取了英国自然历史博物馆收藏的14份Trochetiopsis属植物标本，这些标本的时间跨度从1698年到1970年，几乎涵盖了近三个世纪。特别珍贵的是两份17世纪末的标本，它们来自著名的斯隆植物标本馆，是植物学家普卢克内特亲手制作的装订本中的珍品。研究人员在取样时注意到，这些古老标本的叶片上仍然可见明显的胶水残留物，这为研究提供了理想材料。

研究团队采用的主要技术方法包括：改良的CTAB古DNA提取法、单管BEST文库构建法，以及Illumina MiSeq测序平台。通过宏基因组分析软件MEGAN进行数据筛选，再利用系统发育交叉分析(PIA)管道对脊椎动物和绿色植物数据进行严格分类鉴定，并通过MetaDamage工具验证古DNA损伤信号，确保结果的可靠性。

DNA提取产量

研究显示，DNA提取后的浓度范围为1.50-11.53 ng/μL，测序前的得率为0.22-11.53 ng/μL。低DNA产量与标本种类或年龄无直接关联，三个样本因数据量不足被排除分析，阴性对照中未发现污染。

PIA管道：非Trochetiopsis的动植物DNA存在情况

对绿色植物数据的分析表明，大多数序列被分配到包含Trochetiopsis的类群，其中锦葵科(标本所属科)读段数最高(181,909)，而Trochetiopsis本身仅有145个读段，这可能是由于公共数据库中该属参考数据有限。在动物DNA分析中，五个样本的脊椎动物读段数超过五个，其中样本87(1970年)和HS87.24(1698年)表现出显著的动物读段信号。

动物读段显示DNA损伤信号

对样本87和HS87.24中的牛属和牛科读段进行古DNA损伤验证，发现HS87.24样本显示出典型的古DNA损伤模式(末端C>T和G>A碱基错误掺入增加)，而样本87因读段数不足未显示清晰损伤信号，可能需要更深度的测序验证。

研究结论表明，通过宏基因组学方法分析植物标本中的古外源DNA，可以成功揭示标本制作史上使用的材料信息。1698年的样本中检测到牛、兔和羊的DNA，这与17-18世纪使用多种动物骨骼制作胶水的历史实践相符；而1970年的样本中检测到的牛DNA，很可能来自纸张施胶过程中使用的明胶，而非粘合剂本身，因为NHM在1970年代已开始使用乳胶粘合剂。研究未发现植物基粘合剂或造纸原料的明确信号，可能是由于信号较弱或数据库偏差所致。

这项研究的重大意义在于，它开辟了"标本馆组学"研究的新方向，证明通常被丢弃的外源DNA数据可以成为研究标本制作史的重要信息来源。这种方法不仅适用于植物标本馆，也可能扩展到其他自然历史收藏品的研究中，为博物馆学、保护科学和科学技术史研究提供新的分子考古学工具。随着测序技术的进步和数据库的完善，我们有望从这些沉默的历史见证者中挖掘出更多珍贵的历史信息，重新诠释人类与自然互动的技术历程。