海洋所揭示偽菱形藻毒素合成基因的起源與演化機制
近日,中國科學院海洋研究所陳楠生團隊在Communications Biology期刊發(fā)表論文“偽菱形藻軟骨藻酸毒素合成基因的起源與演化”,在成功構(gòu)建13種偽菱形藻屬(Pseudo-nitzschia)物種基因組的基礎(chǔ)上,通過比較基因組分析,探討了神經(jīng)毒素軟骨藻酸(domoic acid)合成基因的起源與演化機制。
1987年在加拿大愛德華王子島暴發(fā)的多列偽菱形藻(Pseudo-nitzschia multiseries)藻華導致3人死亡和100余人住院治療,引起全球關(guān)注,研究發(fā)現(xiàn)多列偽菱形藻合成的神經(jīng)毒素軟骨藻酸是致病因素。近年來,偽菱形藻藻華在全球海域頻發(fā),對生態(tài)環(huán)境及人類和海洋動物健康造成了極大的負面影響,其中影響最大的于2015年春季發(fā)生在太平洋西北海岸,主要由澳洲偽菱形藻(Pseudo-nitzschia australis)引發(fā),其胞內(nèi)軟骨藻酸毒素達到了歷史最高水平,導致美國象拔蚌、珍寶蟹、巖石蟹捕撈關(guān)閉以及加拿大貝類捕撈的關(guān)閉。迄今為止,全球共有61種偽菱形藻物種得到鑒定,其中在29種中檢測到了軟骨藻酸毒素。我國海域檢測到了包括多列偽菱形藻和尖刺偽菱形藻等(Pseudo-nitzschia cuspidata)11種產(chǎn)毒偽菱形藻物種,也檢測到了軟骨藻酸的累積,具有極大的生態(tài)風險。然而,絕大多數(shù)的產(chǎn)毒偽菱形藻的近緣物種為非產(chǎn)毒偽菱形藻物種,表明毒素合成基因具有復雜的起源和演化歷史。美國科學家通過比較轉(zhuǎn)錄組分析于2018年成功解析了多列偽菱形藻的軟骨藻酸合成基因,這一發(fā)現(xiàn)為解析偽菱形藻毒素合成基因的起源和演化提供了契機。
本研究利用三代DNA測序技術(shù)以及Hi-C基因組輔助組裝方法,首次成功構(gòu)建了偽菱形藻屬3個物種的染色體水平基因組,包括尖刺偽菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)、柔弱偽菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissima)和多列偽菱形藻。為了開展比較基因組研究,探索軟骨藻酸毒素合成基因的起源與演化機制,團隊構(gòu)建了另外10個偽菱形藻屬物種的基因組草圖。通過比較基因組分析、遺傳進化分析和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的AlphaFold2模擬分析,科研人員提出了“一次獲得、多次獨立丟失(SAMIL)”的軟骨藻酸毒素合成基因的起源與演化模型。該研究為解析偽菱形藻物種毒素合成基因的起源與演化提供了依據(jù),將促進更加系統(tǒng)的研究,也為開發(fā)針對產(chǎn)毒偽菱形藻的快速檢測技術(shù)提供了支撐。

偽菱形藻軟骨藻酸神經(jīng)毒素的“一次獲得、多次獨立丟失(SAMIL)模型”
(https://doi.org/10.1038/s42003-024-07068-7)
本項目由中國科學院海洋生態(tài)及環(huán)境科學重點實驗室陳楠生團隊聯(lián)合馬來西亞大學海洋與地球物理研究所廖翠萍(Chui Pin Leaw)教授團隊共同完成,博士生何子巖和徐青為共同第一作者,陳陽、劉淑雅、宋會銀和王繪參加了該研究,陳楠生為通訊作者。本研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(B類)等項目資助。
文章信息:
Ziyan He#, Qing Xu#, Yang Chen, Shuya Liu, Huiyin Song, Hui Wang, Chui Pin Leaw, Nansheng Chen*. Acquisition and evolution of the neurotoxin domoic acid biosynthesis gene cluster in Pseudo-nitzschia species. Communications Biology, 7: 1378 (2024).
https://doi.org/10.1038/s42003-024-07068-7.
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號 | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長江東路8號 |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
