通过基因组学和系统发育分析揭示底栖硅藻Nitzschia navis-varingica中软骨藻酸生物合成基因的研究

推荐 为探究软骨藻酸（DA）在底栖硅藻Nitzschia navis-varingica中的生物合成机制，研究人员通过基因组测序和比较基因组学分析，鉴定了DA生物合成基因（dabA、dabB、dabC和dabD）。研究发现该物种中存在两个dabC拷贝，可能对DA及其异构体的生物合成具有重要功能，为理解DA的起源和进化提供了新视角。

　　

论文解读
软骨藻酸（DA）是一种由某些硅藻产生的神经毒素，最早从红藻Chondria armata中分离出来，并在1987年加拿大爱德华王子岛的污染贻贝事件中被确认为失忆性贝毒（ASP）的致病因子。自那时起，已有62种Pseudo-nitzschia硅藻被确认能够产生DA，其中约一半具有此能力。然而，除了Pseudo-nitzschia属外，还有两种底栖硅藻Nitzschia navis-varingica和Nitzschia bizertensis也被发现能够产生DA。特别是N. navis-varingica，由于其广泛的地理分布和较高的DA产量，引起了研究人员的广泛关注。

尽管对Pseudo-nitzschia和Chondria armata中DA的生物合成机制已有较深入的研究，但对N. navis-varingica中DA生物合成的遗传基础仍知之甚少。为了解决这一问题，研究人员对来自东南亚的37株N. navis-varingica进行了基因组测序和比较基因组学分析，以鉴定其DA生物合成基因。

这项研究由中国科学院的研究人员开展，他们通过高通量测序和同源基因搜索，在多个N. navis-varingica菌株中鉴定了DA生物合成基因（dabA、dabB、dabC和dabD）。这些基因最初在Pseudo-nitzschia multiseries中被发现，并被认为是通过水平基因转移获得的。研究发现，N. navis-varingica菌株中存在两个dabC拷贝，这可能对其DA及其异构体的生物合成具有重要意义。

研究结果表明，N. navis-varingica的基因组中存在与Pseudo-nitzschia中相似的DA生物合成基因簇，尽管由于其基因组的草图级别，无法确定这些基因是否以串联基因簇的形式存在。此外，研究人员还发现N. navis-varingica中DA异构体isodomoic A（IA）和isodomoic B（IB）的比例较高，这可能与其独特的生物合成机制有关。

这项研究为理解N. navis-varingica中DA生物合成的分子基础提供了重要见解，并为其起源和进化的进一步研究奠定了基础。通过对DA生物合成基因的鉴定和分析，研究人员不仅揭示了N. navis-varingica在DA生产中的独特性，还为未来研究其在不同环境条件下的代谢可塑性提供了重要的理论依据。

在方法上，研究人员主要采用了高通量测序和比较基因组学分析。首先，他们从东南亚的多个地点采集了N. navis-varingica样本，并通过显微镜下使用精细的巴斯德吸管分离单细胞。然后，这些细胞在f/2培养基中培养，使用Illumina平台对基因组DNA进行测序。测序数据经过质量控制后，组装成草图基因组，并通过同源基因搜索鉴定了DA生物合成基因。

研究结果部分，研究人员首先介绍了N. navis-varingica的培养和基因组测序过程。他们从东南亚的多个地点采集了37株N. navis-varingica，并通过高通量测序获得了其基因组数据。数据分析显示，这些菌株的基因组中存在与Pseudo-nitzschia中相似的DA生物合成基因（dabA、dabB、dabC和dabD）。尽管由于其基因组的草图级别，无法确定这些基因是否以串联基因簇的形式存在，但研究发现N. navis-varingica中存在两个dabC拷贝，这可能对其DA及其异构体的生物合成具有重要意义。

在讨论部分，研究人员指出，N. navis-varingica是已知的两种能够产生DA的底栖硅藻之一，其广泛的地理分布和高DA产量使其成为研究DA生物合成的重要对象。通过鉴定和比较N. navis-varingica中的DA生物合成基因，研究人员不仅揭示了其在DA生产中的独特性，还为未来研究其在不同环境条件下的代谢可塑性提供了重要的理论依据。此外，研究中发现的两个dabC拷贝可能对DA及其异构体的生物合成具有重要功能，这为进一步研究DA的生物合成机制提供了新的方向。

总之，这项研究通过基因组学和系统发育分析，首次揭示了N. navis-varingica中DA生物合成基因的存在和分布，为其起源和进化的进一步研究奠定了基础。研究结果不仅加深了对N. navis-varingica中DA生物合成的理解，还为未来研究其在不同环境条件下的代谢可塑性提供了重要的理论依据。