Next-generation insect digitization: combining phenomics and genomics by subsequent synchrotron X-ray imaging and DNA sequencing
本研究表明，通过优化辐照参数并在提取 DNA 之前进行快速同步辐射 X 射线显微断层扫描，研究人员可以从同一昆虫标本中成功获取高分辨率 3D 形态数据和高质量基因组序列，从而实现生物多样性的全面综合数字化。
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为了了解昆虫的生命，科学家通常需要观察两个截然不同的事物：其身体的形状和细胞内的代码。形状，即形态学，告诉研究人员一种动物如何移动、进食以及如何适应其生存环境。代码，即遗传学，则揭示了它的家族历史以及它是如何随时间演变的。长期以来，研究这两个方面需要两条不同的路径。为了在不切开微小生物的情况下观察其内部，科学家使用强大的X射线来创建详细的三维图像。而要读取遗传代码，他们必须将生物体破开以提取其DNA。问题在于，这两种方法通常会相互冲突。用于观察身体的X射线本身会破坏DNA，而获取DNA的过程往往会破坏X射线原本旨在保护的精细内部结构。这造成了知识上的空白，特别是对于小型昆虫而言，失去其中一部分数据就意味着失去了将其物理形态与其遗传身份联系起来的机会。
一个研究小组致力于通过测试是否可以从完全相同的昆虫中同时获得详细的三维图像和遗传代码，来填补这一空白。他们专注于三种常见的昆虫物种，将它们作为模型，以观察特定的操作顺序是否能保存这两类信息。科学家们采集了1000多份标本，并在许多不同的设置下将其暴露在高能X射线中。他们想看看辐射是否会将DNA分解成过小的碎片，以至于以后无法被读取。在扫描昆虫后，他们仔细提取了遗传物质，并使用检查特定遗传标记和较长DNA片段的标准方法测试了其质量。他们还检查了三维图像，以确保扫描结果足够清晰，能够显示精细的细节。
结果表明，这两种方法并不一定要成为敌人，但必须按照特定的顺序使用。研究人员发现，如果他们先用强大的X射线扫描昆虫，然后再提取DNA，仍然可以获得高质量的遗传数据。关键在于优化扫描设置并快速进入提取步骤。如果顺序颠倒，或者扫描时间过长或强度过大，DNA就会受到过度的破坏而无法使用。这项工作证明，建立一个完整的数字记录是可能的，即从同一个体中捕捉其物理形状和遗传历史。通过建立这些实际的操作步骤，这项研究为更彻底地实现生物多样性数字化提供了途径，使科学家能够研究生物体的完整故事，而不必在观察其身体或读取其基因之间做出选择。
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