基于LSU rDNA宏条形码技术揭示巴利阿里群岛和加那利群岛底栖微真核生物群落中产雪卡毒素冈比亚藻属和福库藻属物种的多样性及分布格局

《Marine Environmental Research》：Concomitant effects of algae invasion and sea urchin mass mortality drive the shift from barrens to turf grounds

本研究针对地中海和东北大西洋海域日益关注的雪卡毒素中毒(CP)风险，首次在巴利阿里群岛和加那利群岛采用D1-D2 LSU rDNA宏条形码技术系统解析产毒冈比亚藻属(Gambierdiscus)和福库藻属(Fukuyoa)的群落结构。研究发现巴利阿里群岛以低毒性的G. australes为绝对优势种，而加那利群岛则富含高毒性G. excentricus和G. silvae，揭示了潜在CP风险的空间差异。同时发现疑似新种Gambierdiscus sp. "occultus"并揭示了甲藻核糖体基因的显著基因组内变异，为赤潮监测和风险评估提供了新范式。

　　

随着全球气候变化和海洋生态系统变化，雪卡毒素中毒（Ciguatera Poisoning, CP）这一热带地区常见的食源性疾病正逐渐向高纬度海域扩散。CP由食用含有雪卡毒素（Ciguatoxins, CTXs）的海产品引起，而毒素源自底栖甲藻中的冈比亚藻属（Gambierdiscus）和福库藻属（Fukuyoa）物种。尽管CP传统上被视为热带疾病，但近年来在加那利群岛（东北大西洋）等亚热带区域已有确诊病例报道，而地中海地区的巴利阿里群岛虽发现产毒物种却尚未出现CP病例。由于不同物种甚至不同菌株的毒素产量差异巨大，准确鉴定物种成为风险评估的关键。然而，冈比亚藻属和福库藻属物种形态高度相似，光学显微镜下难以区分，必须依赖分子生物学方法进行精准鉴定。

在此背景下，研究人员在《Marine Environmental Research》上发表了题为"Concomitant effects of algae invasion and sea urchin mass mortality drive the shift from barrens to turf grounds"的研究论文，首次对巴利阿里群岛（西地中海）和加那利群岛的格兰卡纳里亚岛开展基于D1-D2 LSU rDNA区域的宏条形码调查，旨在：1）灵敏检测并区分自然群落中所有潜在的产雪卡毒素微藻及其近缘种；2）探索这些物种的时空分布规律；3）评估伴生底栖甲藻和其他微真核生物的多样性。

研究团队在2020年10月对巴利阿里群岛的四个主要岛屿（马略卡岛、梅诺卡岛、伊维萨岛和福门特拉岛）的24个站点进行了空间调查，并于2021年5月至2022年3月期间对马略卡岛的一个站点和格兰卡纳里亚岛的两个站点进行了时间序列采样。样本涵盖宏藻类、海草（波西多尼亚海草Posidonia oceanica）、岩石表面刮取物和沉积物等多种基质。通过D1-D2 LSU rDNA引物进行高通量测序，利用DADA2流程生成扩增子序列变体（ASVs），并通过BLAST比对进行物种注释。研究还构建了模拟群落（Mock Communities）以评估方法定量性和基因组内变异。

主要研究结果如下：

3.1. 底栖群落中的主要真核生物类群

测序共获得14,299,172条 reads，对应16,250个独特ASVs。在所有岛屿和站点中，甲藻是 reads 和 ASVs 的主要组成部分，占比通常超过60%，其余为真菌、褐藻等类群。

3.2. 甲藻群落组成与分布

宏条形码揭示了高度多样化的底栖甲藻群落，冈比亚藻属、奥斯特藻属（Ostreopsis）和虫黄藻科（Symbiodiniaceae）的 reads 在所有岛屿中占比超过50%。巴利阿里群岛的福门特拉岛奥斯特藻属 reads 比例显著较低。PERMANOVA分析显示，不同站点和季节的甲藻群落组成存在显著差异。值得注意的是，岩石刮取物和波西多尼亚海草样本中常常富含包括冈比亚藻属和奥斯特藻属在内的有害甲藻。

3.3. 冈比亚藻属和福库藻属物种的多样性与分布

冈比亚藻属物种出现在除3个样本外的所有141个样本中。在巴利阿里群岛，G. australes 是绝对优势种（以 reads 丰度计），同时检测到低丰度的 G. excentricus、G. carolinianus 和 Fukuyoa paulensis。在格兰卡纳里亚岛，冈比亚藻属-福库藻属群落更为多样，G. australes、G. excentricus 和 G. silvae 常共同出现，且后两种高毒性物种的 reads 总和在75%的样本中超过了低毒性的 G. australes。研究首次在加那利群岛记录到 F. ruetzleri，并在巴利阿里群岛记录到 G. carolinianus。

3.4. 疑似新种冈比亚藻

研究发现了一个与已知冈比亚藻属和福库藻属物种相似度低（与 G. carolinianus 仅76.4%相似）的异常ASV（ASV_1458），命名为"occultus"。系统发育分析表明其位于冈比亚藻属进化枝III的基部，与已知物种遗传距离远大于物种间差异。GMYC和PTP分析支持其为一个独立的物种群。该疑似新种在巴利阿里群岛的三个岛屿和格兰卡纳里亚岛均有少量检出，并在澳大利亚的元基因组数据中发现匹配序列。

3.5. 基因组内遗传变异

模拟群落分析揭示，即使是单一菌株，其D1-D2 LSU rDNA区域也存在多个序列变体（ASVs），形成了以主序列为核心的"星爆"式单倍型网络。这些变异包括单核苷酸多态性（SNPs）、小缺失甚至大片段缺失和倒位，表明甲藻核糖体基因存在显著的基因组内变异。这种变异在自然样本的种群分析中既可能带来多样性高估的风险，也可能为种群分化研究提供线索。

3.6. 其他甲藻和原生生物物种的检测

研究还检测到多种其他有害甲藻（如亚历山大藻属Alexandrium、冷藻属Coolia、奥斯特藻属等）、虫黄藻科以及寄生性甲藻（如Syndiniales纲的Amoebophrya、Euduboscquella等）。其中一些物种的分布记录超出了其已知范围，展示了宏条形码在发现生物地理新记录方面的潜力。

研究结论与讨论部分强调，LSU rDNA宏条形码是研究底栖微真核生物群落，特别是监测有害冈比亚藻属和福库藻属物种的强大工具。研究发现巴利阿里群岛和加那利群岛的产毒甲藻群落结构存在显著差异，这可能与两地CP发生情况的差异有关。疑似新种"occultus"的发现表明该区域甲藻多样性可能被低估。甲藻核糖体基因的显著基因组内变异对宏条形码数据的解读提出了挑战，但也为种群遗传学研究提供了新视角。同时，研究检测到的寄生性原生生物（如Perkinsids）可能对宿主甲藻种群动态产生重要影响，这为理解有害藻华发生机制提供了新的维度。该研究为未来长期监测、风险评估以及宿主-寄生相互作用的动态研究奠定了基础，对预防和管理CP风险具有重要意义。