塔玛亚历山大藻共生菌的物种多样性及自产毒株筛选研究

摘要

有害赤潮（harmful algal blooms，HABs）是全球性生态灾害及重大环境问题。而典型甲藻塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense），它产生的麻痹性贝毒（PSP）在已知赤潮毒素中毒性最强、分布最广、威胁性最大、引发毒害事件相当频繁。近年来，随着我国沿海海洋生态环境污染日趋加重，直接导致赤潮频发，给海洋渔业、水产养殖业及水产品质量安全等带来巨大威胁，并通过食物链传递而不断引发人体中毒乃至死亡事件发生。因此，只有深入开展有害赤潮的应用基础研究才能实现其科学防控。但PSP是由宿主藻或共生菌单独产生，或二者互作共同产生，目前仍无定论。而藻菌关系是揭示PSP产生机制的关键。但甲藻基因组庞大（3-245 Gbp，1-80倍人类基因组），目前仍难以有效开展其全基因组测序分析，导致其产毒机制研究进展缓慢。而与宿主藻相比，赤潮藻共生菌具有基因组小、易培养、遗传操作相对简单等特质，因此开展赤潮藻自产毒菌PSP合成机制研究，比在其宿主甲藻中开展类似工作要简单并易取得突破。 本研究以产PSP典型赤潮甲藻—塔玛亚历山大藻（880#）为研究材料，通过免培养微生物高通量测序分析了其共生菌物种种类及丰度；借助微生物纯培养技术对其可培养共生菌进行了系统分离；利用微生物多相分类学方法对其微生物新种属进行了细菌鉴定；组合利用PSP产毒基因检测与代谢产物化学分析，对其自产毒菌株进行了筛选。结果表明，其共生菌的物种多样性在种水平共有87个已知种，此外含有约5%未知种；属水平共含57个属，其中优势菌属5个，包括Rhodobacteraceae sp.、 Marinobacter sp.、 Methylophaga sp.、Nitratireductor sp.及Phycisphaera sp.。表明，其含有丰富共生菌群，且蕴含发掘海洋特殊生境微生物新种属良好潜力。采用微生物纯培养技术共获得11株可培养细菌，分属于6个属，分别为Nitratireductor sp.、Roseibacterium sp.、Paracoccus sp.、海杆菌属、Amorphus sp.、Arthrobacter sp.。其中2株菌为新种，16S rRNA基因序列的同源性分别为：97.0%和97.64%。系统优化了共生菌PSP合成基因检测条件并进行了实际筛选应用。结果表明，6株菌株PSP基因检测阳性；其中zao3-5菌株的发酵代谢产物LC-MS分析检测到PSP毒素dcSTX。 本研究结果，可为开展藻菌关系相关研究提供必需的菌株研究材料及其生物学背景信息支持，亦可为典型赤潮甲藻—塔玛亚历山大藻可培养共生菌分离策略的优化提供科学参考。