科学通报 | 博物馆标本宿主及其肠道微生物历史遗传多样性信息获取|dna|博物馆|宿主|微生物|科学通报

在博物馆琳琅满目的展品中，成千上万只干制针插蜜蜂标本安静地躺在标本柜里，有些已经沉睡了数十年之久。它们不仅是分类学和形态学研究的重要参照，更封存着跨越时空的遗传信息。然而，长期以来，这些看似“干枯”的标本是否还保留着共生肠道微生物的DNA，能否同时还原宿主本身与其共生伙伴的遗传历史，始终是一个悬而未决的问题。

近日，中国科学院动物研究所、国家动物标本资源库联合中国农业大学等单位的科研团队，在博物馆基因组学领域取得重要突破。研究人员从1955~1988年间采集的16头东方蜜蜂干制针插标本中，成功同步提取出蜜蜂自身的基因组DNA及其肠道共生菌群的遗传信息。研究首次系统比较了后足与腹部肠道组织在DNA回收效率、损伤特征和内源DNA比例等方面的差异，表明博物馆干制昆虫标本具备开展宿主—微生物共演化研究的巨大潜力。该研究以“博物馆基因组学为解析蜜蜂及其肠道菌的协同演化开辟新路径”为题，近日发表于《科学通报》循古道尔世纪之路:中国生物多样性研究与保护探索专题(辑)。

蜜蜂在自然界中扮演着至关重要的传粉者角色。过去一个多世纪以来，受栖息地丧失、外来物种竞争和农药使用等因素影响，东方蜜蜂等本土传粉昆虫的种群资源大幅下降。要准确追溯种群动态变化的遗传驱动因素，获取不同历史时期的基因组信息至关重要。博物馆标本正是承载这类历史遗传数据的“活化石”。值得注意的是，蜜蜂肠道内栖息着一套由核心菌属组成的共生微生物群落，这些微生物与宿主形成了紧密的协同进化关系，深刻影响着蜜蜂的营养代谢、免疫力甚至社会行为。然而，博物馆干制标本经长期室温保存，DNA已严重降解成短片段，且极易受到环境细菌和真菌的污染。过去研究通常仅取后足提取宿主DNA，但对共生微生物DNA的共存状态一直缺乏系统的探索。

该研究选取保存于中国科学院动物研究所国家动物标本资源库的16只东方蜜蜂干制针插标本，采集地涵盖北京、福建、广西和云南等地，采集时间集中于两个时期（1955~1963年与1972~1988年）。标本保存于统一的温湿度恒定环境中（温度18~23℃，相对湿度30%~50%），并经过严格防虫防霉处理。研究人员将标本分为两组，分别取后足和腹部肠道组织进行对比提取和测序分析（图1）。针对历史DNA片段化严重、末端易损伤的特点，研究团队采用差异化裂解流程和两轮重复提取策略，最大化回收痕量DNA。所有测序文库均采用单链建库技术，以适应超低浓度DNA样本，并在因美纳X-plus平台上进行双末端150 bp高通量测序。

图1蜜蜂博物馆标本取样与DNA提取流程图

DNA定量结果显示，腹部肠道组织的DNA总量平均为0.49 ng，显著高于后足的0.10 ng。然而，意外的是，虽然有些样品获取了最髙DNA浓度，但是缺呈现出极低的蜜蜂内源DNA比例，这提示标本获取的DNA产量本身并不能可靠预测测序成功率。测序获准的片段长度集中于39~49 bp，且表现出典型的C→T末端碱基替换损伤模式，表明所得序列确实源于历史标本，而非现代污染。借助已知蜜蜂肠道核心菌数据库和严格的生物信息学过滤流程，研究在腹部肠道组织标本中全部检测到了东方蜜蜂特有的核心肠道菌属——包括乳杆菌属和双歧杆菌属等。

该研究首次表明，博物馆干制针插昆虫标本的腹部肠道组织可作为同步获取宿主基因组与共生肠道微生物组遗传信息的可靠来源，为博物馆标本利用开辟了一条“全基因组学”研究新路径。未来，借助馆藏的大量昆虫标本，科研人员有望回溯不同历史时期、不同地理种群蜜蜂肠道菌群的组成变化，进而探究人类活动、气候变化、生境破碎化等因素如何影响宿主—微生物共生关系，为评估传粉昆虫衰退和开展保护工作提供新的科学依据。

该研究由中国科学院动物研究所、国家动物标本资源库与中国农业大学等单位合作完成。共同第一作者为李子聪和郭楚蓉，共同通讯作者为刘山林和张雪；朱朝东、陈军、周欣等老师亦参与该研究。研究团队建议，如果研究目标为同步获取高深度宿主基因组数据和共生肠道菌群信息，应优先选择腹部肠道组织并实施重复提取流程，若仅关注宿主基因组且希望将标本损伤降至最低，取单条后足仍是合适的选择。