海洋酸化与温度对纲比甲藻转录组与毒性的比较研究

The benthic dinoflagellates, Gambierdiscus are known as the main producers of ciguatoxins (CTXs), while ciguatera fish poisoning is the most prevalent ichthyosarcotoxism worldwide. Furthermore, they are associated with benthic harmful algal blooms and threatening the coral reef ecosystems. Despite their importance, there are significant gaps of knowledge on this group of algae in particular the potential exacerbation of their risks to human and coral reef systems under the global climate change. In this study, an integrated investigations of toxicity and transcriptomes will be employed to comparatively reveal the possible toxicity mechanisms of two strains of Gambierdiscus, i.e., a highly toxic strain and a less toxic strain, when exposed to different conditions of seawater pH and temperature, with a view to evaluate responses of Gambierdiscus to ocean acidification and ocean warming. The findings of this study not only advance our understanding on the risks of ciguatera under climate change variables but also enrich the molecular information through the establishment of comprehensive transcriptome datasets for future molecular mechanistic study of Gambierdiscus; and thus can facilitate the research and monitoring of ciguatera in the region.

底栖甲藻中的纲比甲藻属被广泛认为是雪卡毒素的主要生产者，而雪卡鱼中毒则是世界最普遍的鱼肉中毒现象。此外，这些底栖甲藻还与底栖有害藻华相关联，并且威害珊瑚礁生态系统。现時，我们对底栖甲藻的认识还很不足，特别是在全球气候变化的情况下，它們是否会加剧对于人类健康和珊瑚礁生态系统的危害。在本项目研究中，我们将会从毒性和转录组这兩个方面对不同毒性的纲比甲藻藻株（高毒性藻株与低毒性藻株）进行综合研究，用以揭示在不同pH和温度下不同毒性藻株的毒性机制，评估海洋酸化和海洋暖化对纲比甲藻的影响。本项目的研究成果不仅可以增加我们对纲比甲藻的了解，突破国内外在这方面的研究瓶颈，为研究有毒藻类的形成机制提供范例，还可以通过建立比较转录组数据库来丰富纲比甲藻属的分子信息，为进一步分子机制的研究提供坚实基础。同时，在对有毒底栖甲藻区域的预测预报及水产品安全等方面也有很大的潜在应用前景。

有毒底栖甲藻广泛分布于全球的热带及亚热带海域，多见于珊瑚礁生态系统，如大型海藻、海草、珊瑚、沙石以及其他海底附着基质等生境的表面。有毒底栖甲藻与底栖有害藻华发生相关联，此外，其产生的毒素可沿着食物链累积，最终可导致人类的疾病，因此，有毒底栖甲藻是海洋生态系统和人类健康的潜在威胁。在全球气候变化的情况下，人们对环境因素的改变，例如海洋酸化和海水温度变化对有毒底栖甲藻的生长特征、毒性变化以及其分子调控机制的认识还很有限。本项目旨在研究我国南海海域的有毒甲藻在海洋酸化和不同海水温度处理后，其生长特征，生理特征，产毒特征的变化，并获得转录组数据库，分析相应特征变化内在的分子调控机制。本研究的主要发现如下：1）首次报道Fukuyoa（之前被归类为纲比甲藻，本项目研究过程中重新划分分类标准）和Coolia属在香港海域的分布和并将其鉴定到种的分类阶元；2）通过微藻有毒成分的提取以及藻株的毒性特征筛查，筛选到毒性差异明显的三个底栖甲藻品种作为后续实验的主要材料；3）在其中两个毒性明显较强的品种中检测到毒素44-methylgambierone；4）发现不同底栖甲藻的特征；5）不同微藻的生长适宜温度不同，但都发现随着海水温度升，有毒甲藻的毒性增强；6）在海洋酸化条件下，有毒甲藻的生长较快；7）转录组数据显示，在不同温度处理下，基因的表达差异显著。本研究的成果丰富了人们对有毒底栖甲藻的认识，通过大量实验数据从多角度验证了海洋酸化和海水温度上升这两种大的环境变化趋势可加剧有毒微藻的潜在威胁，本课题研究结果为后续研究提供基础数据和重要参考。