海洋甲藻Gymnodinium catenatum中石房蛤毒素合成基因的转录组比较分析揭示其生物合成机制

本研究针对海洋甲藻Gymnodinium catenatum石房蛤毒素(STX)合成基因认知不足的问题，通过比较韩国、西班牙和美国菌株的转录组数据，鉴定出1000余个sxt基因同源物（除sxtB/N/Y外），发现sxtA和sxtG表达量最高且sxtA4结构域高度保守。研究首次系统揭示了G. catenatum的STX合成基因特征，为理解甲藻毒素进化与PSP防控提供新依据。

　　

海洋中的微小甲藻Gymnodinium catenatum虽貌不惊人，却是引发全球麻痹性贝类中毒(PSP)的"隐形杀手"。这种能产生强效神经毒素石房蛤毒素(saxitoxin, STX)的微生物，每年造成约2000例人类中毒事件，死亡率高达15%。更令人担忧的是，尽管已知Alexandrium等甲藻的sxt基因特征，但同为产毒大户的G. catenatum却如同戴着神秘面纱——除sxtA/G/S外，其毒素合成机制几乎空白。这种认知鸿沟严重制约了PSP的预警防控，特别是在全球藻华频发的当下。

为揭开这一谜团，韩国海洋科学技术院的研究团队在《Harmful Algae》发表突破性研究。他们首次对韩国海岸分离的G. catenatum菌株(GC2604)进行转录组测序，并与西班牙(Gc-SP)、美国(Gc-US)菌株开展跨区域比较。研究采用28S rDNA分子鉴定确认菌株分类地位，通过LC-MS/MS定量毒素产量（6.0±1.9 fmol/细胞STXs当量），结合RNA-Seq转录组分析和系统发育树构建，绘制了迄今最完整的G. catenatum毒素基因图谱。

G. catenatum菌株及形态观察
研究团队通过显微观察确认韩国菌株细胞呈椭圆形（30-50×20-40 μm），28S rDNA系统发育分析显示其与全球菌株聚枝但存在地域分化，为后续比较研究奠定基础。

G. catenatum的分类学特征与毒素谱
毒素检测揭示韩国菌株产生STXs类似物，其含量与西班牙菌株相当但低于美国菌株，暗示产毒能力存在地理差异。

讨论
转录组比较发现三大突破：1）鉴定出17个sxt基因家族的1000+同源序列，但核心基因sxtB/N/Y缺失，挑战了"所有sxt基因必需"的传统认知；2）sxtA和sxtG表达量冠绝所有毒素基因，尤其sxtA4结构域在甲藻与蓝藻间高度保守，提示其在STX合成中的基石作用；3）sxtU/S同源物数量最多且呈现G. catenatum特有进化分支，暗示该物种可能通过水平基因转移独立获得部分毒素基因。

结论
这项研究首次绘制G. catenatum的sxt基因全景图，揭示其不同于Alexandrium的独特毒素合成模式：sxtA4结构域驱动的保守核心机制与物种特异性基因组合并存。发现sxtB缺失仍可产毒的现象，为理解甲藻毒素合成"最小基因集"提供新视角。

该成果不仅填补了G. catenatum分子毒理学空白，更构建了跨地域菌株比较研究范式。未来通过解析sxtA4结构域功能及其调控网络，或将开发出新型藻华毒素监测分子标记，为保障海产品安全和海洋生态健康提供科学利器。