海灘關閉。海洋哺乳動物患病。漁業(yè)閑置。如果藻類開始產(chǎn)生一種叫做軟骨藻酸的神經(jīng)毒素，那么它們就會變成有毒物質。盡管軟骨藻酸的結構已經(jīng)為人所知幾十年了，但對其生物合成卻知之甚少。然而，一項新的研究揭示了軟骨藻酸產(chǎn)生的遺傳基礎，鼓勵了那些希望預測軟骨藻酸事件或有毒潮汐的研究人員。隨著氣候變化的進展，這些事件或潮汐可能變得更加頻繁。

這項新研究了解了導致浮游植物假菱形藻產(chǎn)生軟骨藻酸的生長條件，并通過轉錄組測序對可能參與軟骨藻酸生物合成的基因進行排序。最終，這項研究確定了一組基因，當浮游植物產(chǎn)生軟骨藻酸時，這些基因“開啟”。

《科學》雜志上發(fā)表了一篇題為《神經(jīng)毒素軟骨藻酸的生物合成》的文章。

這篇文章的作者寫道:“[我們發(fā)現(xiàn)軟骨藻酸(DA)]生物合成基因在基因組的四個基因簇中共定位。”“我們對重組DA生物合成酶進行了生物化學研究，并將其機制與DA診斷性吡咯烷骨架的構建聯(lián)系起來，建立了DA生物合成的模型。”

通過展示軟骨藻酸產(chǎn)生的基因是如何被激活的，作者們提出了一種方法，將驅動海藻大量繁殖的海洋環(huán)境與毒素產(chǎn)生的發(fā)展聯(lián)系起來。

有害藻類的大量繁殖通常以“赤潮”的形式出現(xiàn)，之所以如此稱呼，是因為赤潮使海水呈現(xiàn)出微紅色。藻華發(fā)生在浮游植物快速生長的時候，有時會產(chǎn)生毒素，使海洋哺乳動物和其他物種患病。

當毒素在海產(chǎn)品中積聚時，有害藻類的大量繁殖也會對人類健康造成威脅。大劑量地暴露于軟骨藻酸可導致遺忘性貝類中毒，這是一種潛在的致命疾病，表現(xiàn)為癲癇發(fā)作和短期記憶喪失。

“通過識別編碼軟骨藻酸生成的基因，我們現(xiàn)在能夠問出是什么海洋環(huán)境開啟或關閉了這些基因，”這項研究的主要作者帕特里克·布龍森(Patrick Brunson)說。布朗森隸屬于斯克里普斯海洋研究所(SIO)和克雷格文特爾研究所。“這些知識將使我們能夠在遺傳水平上跟蹤bloom毒性的發(fā)展。”

目前的研究是基于早期的觀察，即浮游植物的毒性在磷酸鹽限制和CO2濃度升高的情況下會增加。“比較顯示,∼500個基因的轉錄增加磷酸饑餓之下,“科學的角度指出,伴隨著主要的論文。只有43個基因的轉錄在高二氧化碳環(huán)境下也會增加;作者利用這些轉錄本尋找軟骨藻酸的生物合成基因。

“轉錄增加最明顯的氧化酶位于一個基因組區(qū)域，在這個區(qū)域中，其他基因表達上調(diào)。”這種聚類促進了這一突破，因為所有這些基因都參與了軟骨藻酸的生物合成。

幾個州受到有害藻類泛濫的嚴重影響。2015年夏天，從阿拉斯加到加利福尼亞，北美西海岸發(fā)生了有史以來最大規(guī)模的有害藻類爆發(fā)，導致漁業(yè)關閉，以保護消費者免受潛在貝類中毒的威脅。

科學家發(fā)現(xiàn)，有害藻華很難預測。引起開花的生物體通常有非常復雜的基因組。科學家們表示，對軟骨藻酸產(chǎn)生相關基因的了解，將有助于更好地監(jiān)測藻華，并有助于確定引發(fā)毒素產(chǎn)生的條件。

“因為藻類的基因組非常復雜,海洋微藻毒素的生物合成途徑仍難以捉摸的一段時間,”說的主要文章的資深作者布拉德利·摩爾博士,一個化學家SIO遺傳學家和加州大學圣地亞哥分校的Skaggs藥學和制藥科學學院。

“現(xiàn)在我們有了偽菱形藻的基因組和軟骨藻酸產(chǎn)生的遺傳途徑，我們開始理解這些微藻產(chǎn)生毒素的原因，以及這種能力是如何被激活的，”摩爾博士說。“這一新知識將更好地教育我們?nèi)绾晤A測和準備未來的有毒事件。”

當海洋中的磷酸鹽含量有限，二氧化碳含量增加時，擬菱形藻會產(chǎn)生大量軟骨藻酸，對人體有害。

海洋中的二氧化碳含量正在超過自然水平。隨著海洋溫度的上升，這些條件導致了更普遍、更有毒、更持久的藻華和軟骨藻酸的產(chǎn)生。

負責監(jiān)測和預測有害藻類爆發(fā)的研究人員說，這些發(fā)現(xiàn)有助于加深對這一現(xiàn)象的理解，并將有助于預測氣候變化導致的軟骨藻酸事件。