论文部分内容阅读
伴随着全球气候变暖和水体富营养化的加剧，蓝藻水华事件在全球范围内的淡水水体中呈现高频暴发趋势。蓝藻毒素是水华蓝藻主要危害之一，对水生态系统的稳定造成破坏，威胁人类健康。鱼腥藻毒素和麻痹性贝类毒素是蓝藻产生的两类高毒力的神经毒性生物碱，国外已经报道了几个常见水华蓝藻种类具有产神经毒素的能力，但是目前国内对蓝藻产鱼腥藻毒素和麻痹性贝类毒素在中国的分布和污染情况的认知基本处于空白状态。本论文以分子生物学技术为主要研究手段，在大空间尺度下的大量环境样本和藻株进行系统性调查，研究中国产鱼腥藻毒素和麻痹性贝类毒素蓝藻及其毒素合成基因的地理分布和分子特征，开展野外水体中分子监测，主要结果和结论如下: 1.分别使用针对鱼腥藻毒素基因anaF和麻痹性贝类毒素素基因sxtA的特异引物，采用PCR方法检测了58个水体的378个位点的上千个环境样品，共确定9个水体中含有anaF基因，8个水体含有sxtA基因，其中在5个水体中发现两种毒素的混合污染风险。毒素基因被检测出的水体分布气候区从亚热带一直延伸到北温带。DNA序列的同源性检索和系统发育分析表明环境中的anaF基因主要来源于长孢藻或柔细束丝藻分支和依沙矛丝藻分支，其中中国北方水体中的anaF基因均位于依沙矛丝藻分支;sxtA基因绝大多数来源于柔细束丝藻，表明中国内陆水体中依沙矛丝藻、柔细束丝藻或长孢藻是主要的潜在产鱼腥藻毒素蓝藻类群，柔细束丝藻同时还是主要的产麻痹性贝类毒素的蓝藻类群。毒素基因可能借助自然水道或人工水利工程突破原有的地理隔离，对其他水体造成污染。 2.使用针对anaF和sxtA的特异RT-qPCR引物对25个水体的199个环境样品进行产毒基因的定量分析，结果表明anaF和sxtA广泛分布于中国北温带水体及云贵高原的水体中，北温带地区水体中anaF和sxtA的峰值出现在达赉湖。云贵高原地区的洱海anaF峰值为2.54×107copies/L。长江中下游平原定量检测的4个ana阳性水体中，anaF在部分样点中定量检出，sxtA在一个样点中被检出(HZH11)，ana的拷贝浓度峰值为2.15×107copies/L。对陆水水库两个样点的周年数据分析表明，anaF和sxtA在陆水水库的周年分布有明显的时间差异，在两个样点中随时间的波动趋势基本一致，峰值均出现在9月前后，sxtA的全年波动强度高于anaF。不同环境因子可能导致了蓝藻产神经毒素的异质性分布特征，且不同毒素类型对环境因子的响应也有较大差异。 3.设计针对anaC、anaF和anaG的特异引物和针对sxtA、sxtG、sxtH和sxtI的特异性引物，采用PCR方法检测了3目18属37种共计186株蓝藻，共筛选得到3株疑似产PSTs拉氏拟柱孢藻，3株疑似产ATXs依沙矛丝藻，经小鼠急性毒理实验确认藻株产神经毒素，最终经过UPLC-MS/MS确认3株依沙矛丝藻CHAB5984、CHAB5985和CHAB5986产高毒性的anatoxin-a、homoanatoxin-a以及低毒性的dihydroanatoxin-a和dihydro-homoanatoxin-a。3株产PSTs拉氏拟柱孢藻CHAB3409、CHAB3422和CHAB3426产高毒性的STX、NEO，毒性相对较弱的GTX5、dcSTX。 4.对产PSTs拉氏拟柱孢藻CHAB3409进行全基因组测序，对毒素合成基因簇和固氮酶基因簇进行了比较分析，并与已报道的17个拉氏拟柱孢藻基因组比较分析。结果表明:(1)基因组组装结果共获得拉氏拟柱孢藻CHAB3409全基因共包含2个contig，最长片段为2.7M是目前全部基因组中组装最完全的结果。(2)毒素合成基因簇和固氮酶基因簇相似度性分析表明，与澳大利亚藻株相比，中国藻株与南美藻株之间可能有更近的遗传距离。(3)遗传进化分析、平均核苷酸相似性分析、共线性分析表明来自澳大利亚的藻株展现出明显的地理隔离格局，中国藻株与南美洲藻株的遗传距离更为接近，拟柱孢藻全基因组排列存在大量的插入及倒置情况。(4)比较基因组发现中国藻株CHAB3409的基因组中发生了多次的基因丢失事件，具有与其他地域藻株明显的特征。(5)泛基因组分析表明拉氏拟柱孢藻基因组属于开放性泛基因组类型，基因组可塑性较高，整合的外源基因较多。比较基因组展现了拟柱孢藻独特的遗传多样性，揭示了其地理分布格局，为理解拟柱孢藻的全球化扩增提供了更为深入的视角。