有害藻類繁殖變得有毒的遺傳基?

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了軟骨藻酸的遺傳基礎(chǔ)，軟骨藻酸是一種由一些有害藻類增殖產(chǎn)生的強(qiáng)效神經(jīng)毒素。

在本周發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列與微觀植物中軟骨藻酸生產(chǎn)相關(guān)的基因，即浮游植物，稱為偽菱形藻。

研究人員的工作得到了美國國家科學(xué)基金會(NSF)的資助，他們發(fā)現(xiàn)這些基因包含了毒素產(chǎn)生的生物學(xué)方向。當(dāng)偽硝酸鹽產(chǎn)生軟骨藻酸時，這些基因被“打開”。

這項研究的第一作者帕特里克布倫森說：“通過識別編碼軟骨藻酸產(chǎn)生的基因，我們現(xiàn)在可以問一些關(guān)于如何在海洋中打開或關(guān)閉這些基因的問題。布倫森屬于斯克里普斯海洋學(xué)研究所和克雷格文特研究所。“這些知識將使我們能夠在基因水平上跟蹤開花毒性的發(fā)展?！?

通過展示如何打開軟骨藻酸生產(chǎn)的基因，作者提出了一種將驅(qū)動藻類繁殖的海洋條件與毒素生產(chǎn)的發(fā)展聯(lián)系起來的方法。

美國國家科學(xué)基金會海洋科學(xué)部項目負(fù)責(zé)人海蒂埃德蒙茲(Hedy Edmonds)說：“了解藻類是如何開花變毒的，以及造成這種情況的原因非常重要。”“這項研究為監(jiān)測藻類繁殖和在毒素出現(xiàn)之前預(yù)測毒素的產(chǎn)生提供了一個可能的工具?！?

有害藻類的增殖通常以“赤潮”的形式出現(xiàn)，因為它們?yōu)楹Ｋ峁┝思t色。當(dāng)浮游植物快速生長時，會大量繁殖，有時會產(chǎn)生毒素，傷害海洋哺乳動物和其他物種。

當(dāng)毒素在海鮮中積累時，有害藻類繁殖，對人類健康構(gòu)成威脅。大劑量接觸軟骨藻酸可導(dǎo)致失憶性貝類中毒，這是一種潛在的致命疾病，其特征是癲癇發(fā)作和短期記憶喪失。

一些國家受到有害藻類擴(kuò)散的嚴(yán)重影響。2015年夏天，歷史上最大規(guī)模的有害藻類爆發(fā)發(fā)生在從阿拉斯加到加州的北美西海岸，導(dǎo)致漁業(yè)關(guān)閉，以保護(hù)消費者免受潛在的貝類中毒。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)很難預(yù)測有害藻類的繁殖。引起大量繁殖的生物通常有非常復(fù)雜的基因組?？茖W(xué)家表示，了解與軟骨藻酸產(chǎn)生相關(guān)的基因?qū)⒂兄诟玫乇O(jiān)測藻類的繁殖，并有助于確定引發(fā)毒素產(chǎn)生的條件。

“由于藻類的基因組非常復(fù)雜，海洋微藻毒素的生物合成途徑在一段時間內(nèi)仍然難以捉摸，”資深作者布拉德利摩爾(Bradley Moore)說，他是圣地亞哥加州大學(xué)SIO和Skaggs藥學(xué)院的化學(xué)家、遺傳學(xué)家和藥物科學(xué)專家。

摩爾說：“現(xiàn)在我們已經(jīng)有了假硝酸基因組和軟骨藻酸生成的遺傳途徑，我們開始了解這些微藻為什么會產(chǎn)生毒素，以及這種能力是如何被激活的。“這些新知識將更好地教會我們?nèi)绾晤A(yù)測和準(zhǔn)備未來的有毒事件?！?

這項工作推進(jìn)了南加州大學(xué)大衛(wèi)哈欽斯(David Hutchins)之前的研究，他也是該研究的合著者。

當(dāng)海洋中的磷酸鹽受到限制，二氧化碳量增加時，假硝酸鹽會產(chǎn)生大量軟骨藻酸，變得有害。

海洋中的二氧化碳已經(jīng)超過了自然水平。隨著海洋溫度的升高，這些條件導(dǎo)致更常見、更有毒和更持久的花和軟骨藻酸的產(chǎn)生。

致力于監(jiān)測和預(yù)測有害藻類增殖的研究人員表示，這些發(fā)現(xiàn)提供了對這一現(xiàn)象的更多理解，并有助于預(yù)測軟骨藻酸事件以應(yīng)對氣候變化。

美國國立衛(wèi)生研究院、戈登和貝蒂摩爾基金會以及美國能源部也資助了這項研究。

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