从石鳖博物馆标本提取历史 DNA：解锁遗传密码，开启研究新篇

研究人员针对石鳖干制标本 DNA 提取难题，设计特异性引物，成功测序，为相关研究提供新思路。

　　# 石鳖博物馆标本历史 DNA 提取研究解读：开启遗传研究新视野
在生物多样性的探索征程中，博物馆犹如一座巨大的宝藏库，收藏着无数珍贵的标本。这些标本不仅是生物历史的见证者，更是遗传学研究的潜在 “富矿”。然而，长期以来，由于历史标本的 DNA 往往因保存时间长、保存条件不佳等因素而严重降解，加上可能存在的污染问题，使得它们很难被纳入遗传研究的范畴，就像被上了一把锁，难以开启其中蕴含的遗传信息。

DNA 条形码技术，利用细胞色素 c 氧化酶亚基 I（COI）片段进行物种鉴定，以其高效性和可靠性在分类学中占据重要地位。但该技术依赖完整的条形码区域 DNA，对于稀有和历史博物馆标本来说，这无疑是一大挑战。新一代测序（NGS）技术虽为遗传研究带来了革命性变化，却成本高昂且对生物信息学专业知识要求极高。相比之下，条形码技术相对经济且易操作，因此，如何优化从历史标本中提取可用 DNA 的方法，成为科研人员亟待攻克的难题。

在此背景下，森肯堡研究所和法兰克福自然历史博物馆（Senckenberg Research Institute and Natural History Museum Frankfurt）以及歌德大学（Goethe University）的研究人员 Katarzyna Von?ina 和 Julia D. Sigwart 开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于石鳖（chitons）这一海洋无脊椎动物类群，石鳖在博物馆中常以整体干制标本的形式保存，其足部和内脏或肌肉带完好，为遗传研究提供了潜在的优质组织来源。研究人员旨在通过设计石鳖特异性 COI 引物，获取短 COI 条形码，辅助石鳖物种鉴定，挖掘石鳖博物馆标本的遗传潜力，相关研究成果发表在《Organisms Diversity & Evolution》。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，从森肯堡研究所和法兰克福自然历史博物馆挑选了多个物种、多个批次的石鳖干制标本，并选取两个乙醇保存的样本作为对照。在样本处理上，从石鳖足部获取组织样本，在严格的防污染环境下，使用 QIAamp DNA Micro Kit 试剂盒提取 DNA。接着，基于 13 种石鳖的完整 COI 基因设计了特异性引物，通过一系列生物信息学软件进行引物筛选和验证。最后，利用 PCR 扩增技术对提取的 DNA 进行扩增，并对扩增产物进行测序和分析 。

研究结果

1. DNA 扩增与测序成果：在分析的 21 个样本中，76% 的样本 DNA 扩增成功，这一结果通过琼脂糖凝胶电泳得到清晰验证。成功扩增的样本涵盖多个分类科，表明所设计的引物在石鳖类群中具有广泛适用性。在成功扩增的样本中，52% 获得了适合下游分析的高质量序列，修剪后的序列长度在 172 - 227 碱基对（bp）之间。
2. DNA 浓度与样本年龄的关系：提取样本的 DNA 浓度差异显著，范围从 0.23 - 39.7 ng/μL，但 DNA 浓度并不能一致地预测扩增是否成功。成功扩增的样本年龄跨度从 2 年到 140 年，未发现样本年龄与 DNA 扩增或测序的成功与否存在明显关联。
3. 引物有效性验证：BLAST 比对结果证实了新引物的有效性。所有新序列的前三个 BLAST 匹配结果，要么返回目标物种，要么在没有先前公布序列的情况下返回其他石鳖物种。

研究结论与讨论

该研究表明，利用专门设计的引物靶向短内部 COI 片段，并在实验室采取避免外源污染的措施，从软体动物的干制博物馆标本中成功进行 DNA 条形码分析是可行的。研究发现，历史 DNA（hDNA）样本的实验结果具有不可预测性，其成功与否取决于样本状况、存储历史以及可能的物种特异性因素，这些因素往往难以提前确定。尽管如此，研究人员成功扩增了超过 100 年的标本，这一成果意义重大。

同时，利用条形码进行物种鉴定的能力受到对比数据可用性的限制。例如，Acanthochitona zelandica、Rhyssoplax canariensis 和 Acanthopleura cf. gemmata 等物种，由于公共数据库中缺乏先前公布的序列，导致 BLAST 搜索结果相似度较低，这也从侧面反映出部分物种在遗传上的独特性。

此外，干制博物馆标本在无脊椎动物遗传和 “博物馆组学（museomics）” 研究中应用广泛。本研究首次针对石鳖验证了传统设计定制引物促进降解 DNA 扩增的方法，证实博物馆收藏可被视为 “遗传宝库”，并且这种方法在开发额外新引物的情况下，可推广到其他常见干制保存的类群，如苔藓虫。

这项研究为未来的遗传学研究提供了重要的参考和方向，帮助科研人员更好地利用博物馆标本的遗传资源，进一步探索生物多样性的奥秘。