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有害藻华如何变成有毒的遗传基础

2019-11-13 21藻类

有害藻华如何变成有毒的遗传基础?科学家发现了软骨藻酸产生的遗传基础,软骨藻酸是一种由某些有害藻类大量繁殖产生的强效神经毒素。

在本周的《科学》(Science)杂志上发表的一项新研究中,研究人员发现了一组与微生植物(即浮游植物)产生软骨藻酸有关的基因,这些微生植物被称为拟藻属(Pseudonitzschia)。

由美国国家科学基金会(NSF)资助的研究人员发现,这些基因包含了毒素产生的生物学方向;当拟菱形藻产生软骨藻酸时,这些基因被“激活”。

“通过识别编码软骨藻酸产生的基因,我们现在能够提出问题,什么海洋条件开启或关闭了这些基因,”该研究的主要作者Patrick Brunson说。Brunson隶属于斯克里普斯海洋研究所(SIO)和克雷格·文特尔研究所。“这些知识将使我们能够在遗传水平上跟踪藻华毒性的发展,揭示有害藻华如何变成有毒的遗传基础。”

研究背景

通过展示产生软骨藻酸的基因是如何被激活的,作者们提出了一种将促使藻类大量繁殖的海洋条件与毒素生产的发展联系起来的方法。

美国国家科学基金会海洋科学部的项目主任Hedy Edmonds说:“了解海藻是如何大量繁殖并产生毒素的,以及是什么条件造成的,这些都是至关重要的。”“这项研究提供了一种可能的工具,用于监测藻类的繁殖,并在毒素产生之前预测它的产生。”

有害藻类通常以“赤潮”的形式大量繁殖,因为它们给海洋带来了淡红色的海水,所以被称为“赤潮”。当浮游植物快速生长时,水华就会出现,有时会产生毒素,使海洋哺乳动物和其他物种生病。

有害藻类的大量繁殖也会对人类健康造成威胁,因为毒素会积聚在海鲜中。高剂量暴露于软骨藻酸可导致遗忘性贝类中毒,这是一种以癫痫和短期记忆丧失为特征的潜在致命疾病。

一些州已经受到有害藻类泛滥的严重影响。2015年夏天,从阿拉斯加到加利福尼亚,北美西海岸发生了有记录以来最大的有害藻类爆发,导致渔场关闭,以保护消费者免受贝类中毒的威胁。

有害藻华如何变成有毒的遗传基础

科学家发现,有害藻类的爆发很难预测。引起灯笼裤的生物通常有非常复杂的基因组。科学家们说,对软骨藻酸生产相关基因的了解将有助于更好地监测藻类繁殖,并有助于确定引发毒素生产的条件

“由于藻类的基因组如此复杂,海洋微藻毒素的生物合成途径已经有一段时间难以捉摸,”SIO和加州大学圣地亚哥分校斯卡格斯药学院的化学家和遗传学家Bradley Moore说。

“现在我们已经有了拟滴虫的基因组和产生软骨藻酸的遗传途径,我们开始了解为什么这些微藻会产生毒素,以及这种能力是如何被激活的,”Moore说。“这项新知识将更好地教育我们如何预测和准备未来的有毒事件。”

这项研究推动了南加州大学的David Hutchins的早期研究,他也是这项研究的合著者之一。

推动其他研究

当海洋中的磷酸盐含量受到限制,二氧化碳含量增加时,拟菱形藻就会产生大量的软骨藻酸,对人体有害。

海洋中的二氧化碳含量正在超过自然水平。随着海洋温度的上升,这些条件导致更普遍、更有毒、更持久的水华和软骨藻酸的产生。

致力于监测和预测有害藻类繁殖的研究人员表示,这些发现有助于加深对这一现象的理解,并将有助于预测应对气候变化的软骨藻酸事件。

引用

National Science Foundation. "Genetic basis for how harmful algae blooms become toxic: Sequencing genes of microscopic algae helps determine how toxins are produced." ScienceDaily. ScienceDaily, 28 September 2018.
www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180928131346.htm.

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