據不完全統計全球3100多家標本館保存了3億9千萬份標本。這些標本不僅代表了過去的植物物種多樣性，同時也蘊藏著植物曆史的基因組和遺傳多樣性信息。尤其是一些標本采自400多年以前，以及大量的稀有的、特有的、瀕危的物種標本，現在可能再也無法采到。隨著新的DNA提取和測序技術發展，科學家們已經可以從這些古老的標本中提取出高質量的DNA，並利用短片段的二代測序技術進行全基因組測序，獲得細胞器基因組和大部分核基因組數據，所以這些珍貴稀有標本中的基因信息是澄清一些分類、係統發育和演化上未解之謎的關鍵材料。 

　　列當科五齒萼屬（Pseudobartsia D.Y.Hong）是洪德元院士於1979年建立的新屬，僅有五齒萼（Pseudobartsia yunnanensis D.Y.Hong）一種，且隻有一號采於1940年模式標本（張英伯 004，雲南嵩明）（圖1-左）。1993年，陶德定先生提出無齒萼與具腺鬆蒿（Phtheirospermum glandulosum (Bentham) J.D.Hooker）為同一種。2013年，董麗娜等從五齒萼模式標本提取DNA，並擴增出ITS和3個葉綠體片段（另有3個片段PCR/測序未成功），係統發育分析初步確認了五齒萼與鬆蒿屬類群關係較遠。2015年，鬱文彬等通過模式標本研究進一步確認五齒萼和具腺鬆蒿為同一種。值得一提的是具腺鬆蒿自1840年首次采到後（圖1-中），直到179年後才再次在東喜馬拉雅地區被印度學者Borah等（2020, Phytotaxa 451: 97-102）重新發現（圖1-右）。因此，董麗娜等2013年從五齒萼模式標本提取出的DNA是我們現在可以用於進一步澄清五齒萼屬係統地位唯一能用基因組材料。基於董麗娜等之前有3個片段的PCR/測序未成功，基本確定這份保存了70多年標本的DNA發生了降解。因此，版納植物園研究團隊和合作者，利用短片段的二代測序技術對五齒萼標本DNA和其他8種列當科矽膠材料提取的DNA進行全基因淺層測序，從頭組裝得到質體基因組數據，進而開展列當科係統發育基因組分析澄清五齒萼屬的係統地位。 

　　我們利用二代測序數據獲得了五齒萼標本DNA的1670萬條reads，借助GetOrganelle軟件包從頭組裝得到了五齒萼完整的質體基因組序列（質體基因組覆蓋度>400x）和核糖體ITS序列。與之前Sanger測序得到的ITS和3個質體片段比較，兩種測序方法得到的序列一致性是99.98%（trnS-G）~ 100%（nrITS）。五齒萼的質體基因是保守的四分體結構（LSC-IRA-SSC-IRB）,沒有發現基因丟失和假基因化。其他新組裝得到質體全基因組中，滇川山蘿花（Melampyrum klebelsbergianum Soó）有6個NDH基因和ccsA發生假基因化，並且還丟失了4個NDH基因（A, F, H和I）；馬鬆蒿（Xizangia bartschioides (Handel-Mazzetti) C.Y.Wu & D.D.Tao）有7個NDH基因發生假基因化，且IR區的ycf1發生收縮；陰行草（Siphonostegia chinensis Bentham）得的rbcL-atpB-atpE-trnM (CAU) 序列發生倒位。 

　　基於質體基因組特點，研究團隊提出一套從原始數據開始的質體基因組組裝、注釋和係統發育分析流程（圖2）。在係統發育分析部分，我們采用了兩種分析方法，即超級矩陣基因樹分析和溯祖法的物種樹分析。超級矩陣基因樹分析是將質體基因組作為一個整體“染色體”，默認所有的質體基因進化一致。溯祖法的物種樹分析是考慮質體基因存在不同的進化式樣，所以基因樹的拓撲結構可能會不一致，因此整合所有基因樹得到最為“可靠的”物種樹。 

　　超級矩陣基因樹（圖3-左）和溯祖法的物種樹（圖3-右）兩種分析方法都表明列當科可分為九個大分支，其中五齒萼屬與翅莖草屬（Pterygiella Oliver）和細裂葉鬆蒿（Phtheirospermum tenuisectum Bureau & Franchet）等成姐妹關係，並於馬鬆蒿屬（Xizangia D.Y.Hong）形成了翅莖草屬分支，而與鬆蒿屬（Phtheirospermum Bunge ex Fischer & Meyer）模式種鬆蒿（Phtheirospermum japonicum (Thunberg) Kanitz）關係較遠, 因此，係統發育分析支持將五齒萼屬作為獨立屬。在列當科的九個分支中，七個分支已經建立族，翅莖草屬分支和來江藤屬（Brandisia Hook.f. & Thomson）分支作為兩個獨立分支提出建立為兩個新族，即來江藤族Brandisieae Bing Liu & Su Liuex W.B. Yu & D.Z. Li, trib. nov和翅莖草族W.B.Yu& D.Z. Li, trib. nov.。 

　　以上研究結果以“Herbarium phylogenomics: Resolving the generic status of the enigmatic Pseudobartsia (Orobanchaceae)”為題近期發表在Journal of Systematics and Evolution上。版納植物園綜合保護中心江南博士為論文第一作者，版納植物園鬱文彬研究員和昆明植物所李德銖研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目、中科院項目、雲南省科技廳項目等經費的支持；實驗工作和數據計算得到中國西南種質資源庫和版納植物園公共技術中心的支持。 

　　圖1. 五齒萼和具腺鬆蒿的模式標本和照片 

　　圖2.  新提出的質體基因組組裝、注釋和係統發育分析流程 

　　圖3. 基於質體基因組超級矩陣(左)和溯祖法(右)重建列當科植物係統發育關係