奥得河灾难中微藻的完整基因组和毒素基因被解密

2022 年夏天，奥得河中约有 1,000 吨鱼、贻贝和蜗牛死亡。虽然这场灾难是人为的，但直接导致死亡的原因是科学名称为 Prymnesium parvum 的微藻毒素，通常被称为“金藻”。

自那时起，这些单细胞生物就永久地定居在奥得河上。莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所 (IGB) 领导的研究小组现已对这种微藻的全基因组进行了测序，以确定这种藻类繁殖和产生毒素的未来风险因素。他们能够识别编码毒素的基因序列，这是朝着建立早期预警系统迈出的重要一步。这项研究发表在《当代生物学》杂志上。

Prymnesium parvum sl(广义上称为金藻)代表一类微藻，尽管其尺寸只有 5 到 10 微米，但却能对生态系统造成毁灭性的破坏。这是因为这些藻类会产生细胞毒素，即所谓的 prymnesins。这些毒素会破坏鱼鳃和贻贝、蜗牛等滤食性动物，还会攻击其他身体组织。结果：因缺氧或循环衰竭而死亡。

先前的形态学和遗传学研究表明，Prymnesium parvum sl 表现出极大的多样性：它是由至少 40 种遗传上不同的菌株组成的复合体，这些菌株的基因组大小不同，并产生类型特异性的 prymnesin 以及不同 prymnesin 变体的菌株特异性混合物。根据毒素的产生，可区分出三个分支：A、B 或 C。迄今为止，只有一个参考基因组，即 A 型基因组。

微藻ODER1与丹麦和挪威咸水菌株关系密切

作为 ODER~SO 项目的一部分，由 IGB 研究人员 Heiner Kuhl 博士、Jürgen Strassert 博士、Michael Monaghan 教授和 Matthias Stöck 博士领导的国际团队现已对奥得河灾难中 Prymnesium parvum 菌株的整个基因组进行了测序，并确定了决定毒素化学结构及其特性的基因序列。测序的菌株被命名为 ODER1，属于 B 进化枝。

研究人员还创建了各种 Prymnesium parvum 菌株的系统发育树。这表明 ODER1 菌株与另一种 B 型菌株 K-0081(1985 年从丹麦西北部的咸水中分离出来)以及来自挪威的其他 B 型菌株(RCC3426、KAC-39 和 K-0374)最为接近。这种相似性是由于地理位置接近，但并未提供任何有关藻类如何到达奥得河的直接信息。

用于监测藻华的参考基因组

继 A 型参考基因组和现在的 B 型参考基因组解码之后，已经涵盖了该组中两种非常不同的微藻;C 型参考基因组的解码仍有待完成。

“对 Prymnesium parvum sl 的第二参考基因组的解码为了解毒素的遗传基础和结构变异提供了重要见解。最近有研究表明，毒素的类型会影响毒性。这意味着我们现在可以更好地估计未来藻华的潜在毒性，”该研究的共同作者 Strassert 博士说。

开发毒素分析的分子方法并研究影响因素

目前，毒素的形成无法直接监测。毒素在水中被稀释得无法测量，而且目前还没有标准方法，甚至对 A 类毒素也没有。

“IGB 团队的下一步研究之一是通过确定特定毒素合成基因的表达来从分子水平分析毒素的形成，”该研究的主要作者 Kuhl 博士补充道。

环境条件对藻华的增殖和毒素的产生都起着重要作用。

领导这项研究的斯托克博士说： “因此，解码毒素产生的基因对于分析藻类形成这些藻华的环境条件以及可能产生不同数量的特定毒素至关重要。”