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博物馆昆虫标本基因组数据挖掘与管理的可行性研究：以比利时皇家中非博物馆双翅目馆藏为例
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年08月27日 来源：Biodiversity Data Journal 1.1
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本研究针对博物馆昆虫标本基因组数据挖掘与管理的技术瓶颈，通过评估1400余份双翅目标本的DNA提取质量、Illumina短读长全基因组测序(WGS)性能及数据整合方案，建立了一套标准化工作流程。结果显示常规短读长测序对降解样本仍具可行性(成功率93%)，并创新性地将基因组数据纳入DaRWIN馆藏管理系统，为自然历史收藏的基因组资源可持续利用提供了范式。
在生物多样性研究和系统分类学领域，自然历史博物馆收藏的标本蕴藏着不可替代的遗传资源。然而这些珍贵材料往往面临双重困境：一方面，随着基因组学技术的飞速发展，历史标本中封存的遗传信息正变得可解读；另一方面，标本的长期保存状态、DNA降解程度以及数据管理标准的不统一，严重制约着这些资源的开发利用。比利时皇家中非博物馆(RMCA)保存的超过10万份双翅目昆虫标本（主要包括实蝇科Tephritidae和食蚜蝇科Syrphidae）正是这种困境的典型代表——这些跨越120年收集周期的标本，既承载着非洲热带地区重要的生态演化信息，又因采集年代、保存条件的差异呈现出极大的DNA质量异质性。
为破解这一难题，由Lore Esselens领衔的国际研究团队在《Biodiversity Data Journal》发表了一项开创性研究。研究人员设计了一套兼顾效率与成本的标准化流程：通过比较四种QIAGEN商业DNA提取试剂盒的性能，最终选用性价比最优的DNeasy Blood & Tissue Kit处理1405份标本；采用Illumina NovaSeq平台进行10x覆盖度的全基因组测序(WGS)；并创新性地将基因组数据整合至DaRWIN博物馆管理系统。该研究不仅系统评估了不同年代、保存条件下标本的DNA产出效率，更建立了首个将基因组数据与传统标本管理深度耦合的操作范式。
关键技术方法包括：1) 基于1,405份跨54国的双翅目标本（1,296份Tephritidae和109份Syrphidae）开展年龄梯度分析；2) 使用Qubit荧光计和片段分析仪定量DNA产量与片段分布；3) 通过A260/280和A260/230吸光度比值评估DNA纯度；4) Illumina短读长测序后，以黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)基因组为参考进行序列比对；5) 采用GenTegra DNA 2D条形码管实现DNA长期室温保存；6) 通过DaRWIN系统实现标本-组织-DNA-序列数据的全链条追溯。
DNA提取与测序性能评估
研究发现商业试剂盒对全虫体DNA提取量(0.06-8.83 μg)显著高于单腿样本(0.001-0.022 μg)。实蝇科标本呈现明显的年代效应：新近标本DNA产量更高(F1,1174=45.09, p<0.001)，但纯度反而下降（A260/280达标率仅16%）。食蚜蝇科则保持稳定的DNA质量，暗示采集方式（手网即时固定vs诱捕器延迟处理）对DNA保存的关键影响。
测序成功率与成本效益
93.6%的样本成功获得测序数据，平均成本�77.25/样本。值得注意的是，尽管77.9%样本的DNA片段<350bp，常规短读长测序仍实现92.9%总体成功率，仅7%样本需要特殊处理。这颠覆了"高度降解样本必须采用古DNA技术"的传统认知。
数据整合创新
研究团队升级DaRWIN系统，使其能够关联标本图像、组织样本、DNA存储位置及原始测序数据。这种"标本至序列"的全流程追溯机制，不仅满足《名古屋议定书》对遗传资源溯源的要求，更为跨机构数据共享建立了技术标准。
讨论部分深刻指出：双翅目标本的基因组可及性主要受原始采集条件（如诱捕器滞留时间）而非标本年龄主导。这一发现促使研究者建议修订野外采集规程——将最大暴露时间纳入元数据记录。通过将基因组数据定义为馆藏的核心组成部分（而非附属品），该研究为全球自然历史收藏的数字化转型提供了可复制的技术框架。正如作者强调的，这种整合策略既提升了科学价值，又通过标准化管理缓解了"基因组资源殖民化"的伦理争议，在生物多样性保护与公平惠益分享之间建立了创新性平衡。
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