奥德河灾难微藻的全基因组和毒素基因解码

2022年夏天，约1000吨鱼类、贻贝和蜗牛在奥德河死亡。尽管这场灾难是人为的，但直接的死亡原因是一种微藻的毒素，该微藻的学名为Prymnesium parvum，通常被称为“金色藻类”。

从那时起，这些单细胞生物就永久地定居在奥德河上。莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所（IGB）领导的一个研究小组现在已经对微藻的完整基因组进行了测序，以确定微藻繁殖和产生毒素的未来风险因素。他们能够识别出编码毒素的基因序列，这是建立早期预警系统的重要一步。这项研究发表在《当代生物学》杂志上

Prymnesium parvum s.l.（sensu lato），通常被称为金藻，代表一整组微藻，尽管它们的体积很小，只有5到10微米，但会对生态系统造成毁灭性的破坏。这是因为这些藻类可以产生细胞毒素，即所谓的prymnessins。它们会破坏鱼类和滤食性动物（如贻贝和蜗牛）的鳃，还会攻击其他身体组织。结果是：由于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 s.l.表现出巨大的多样性：它是由至少40个基因不同的菌株组成的复合体，这些菌株的基因组大小不同，产生类型特异性prymnesin以及不同prymnesin-变体的菌株特异性混合物。根据毒素的产生，可以区分三个分支：A、B或C。到目前为止，只有一个参考基因组，即A型。

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PD Matthias Stöck博士领导的一个国际团队现在已经对奥德灾难中的Prymnesium parvum菌株的整个基因组进行了测序，并确定了负责毒素化学结构及其特性的基因序列。测序菌株被命名为ODER1，是分支B的一员。

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年从丹麦西北部的微咸水中分离）以及其他来自挪威的B型菌株（RCC3426、KAC-39和K-0374）关系最为密切。这种相似性是由于地理位置接近，但没有提供任何关于藻类如何到达奥德的直接信息

在解码a型参考基因组和现在的B型参考基因组之后，该组的两种非常不同的微藻已经被覆盖；C型参考基因组的解码仍然悬而未决

“Prymnesium parvum s.l.第二个参考基因组的解码为毒素的遗传基础和结构变异提供了重要的见解。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，”该研究的合著者Strassert博士说

目前，毒素的形成无法直接监测。毒素变得过于稀释，无法在水中测量，目前没有标准方法，甚至对分支A也没有。该研究的主要作者库尔博士补充道：“IGB团队的下一步将是通过确定特定毒素合成基因的表达，在分子水平上分析毒素的形成。”

环境条件在藻华的增殖和毒素的产生中都起着重要作用

领导这项研究的Stöck博士说：“因此，解码毒素产生的基因对于分析藻类形成这些水华并可能产生不同数量的特定毒素的环境条件至关重要。” More information: Heiner Kuhl et al, The haplotype-resolved Prymnesium parvum (type B) microalga genome reveals the genetic basis of its fish-killing toxins, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.06.033

Journal information: Current Biology