食物链对腹泻性贝类毒素产毒藻鳍藻生长和产毒的调控研究

From the public health perspective, Dinophysis species are responsible for the vast majority of diarrhetic shellfish poisoning (DSP) cases. The DSP toxins are inhibitors of serine/threonine protein phosphatases and, when ingested by humans, cause rapid onset of gastrointestinal symptoms (vomiting and diarrhea) lasting several days. Toxicity in Dinophysis species widely varied between or within regions on a global basis. Many aspects of Dinophysis physiology, toxicity, and genetics have remained intractable. The previous research showed that the temperature, light intensity and dissolved inorganic nutrient had no effect on Dinophysis toxin production. Therefore, the major objective of this proposal is to explore the role of prey (prey type, plastids type and nutritional level) in Dinophysis growth and toxin production. The proposed work will rely on proven experimental system and methods - cultures of Dinophysis (a unique three-stage food chain, cryptophyte -Myrionecta rubra -Dinophysis), established grazing and growth experimental protocols (Dinophysis isolates are fed with an array of ciliates and cryptophytes), molecular approach (species and plastid type identification) and sophisticated toxin chemistry using LC-MS/MS. Progress attained will benefit understanding the toxigenic mechanisms of Dinophysis and predictive capabilities of Dinophysis related shellfish infestations.

鳍藻是重要的有毒赤潮原因种，产生的腹泻性贝类毒素是引起腹泻症状和致癌效应的主要毒素。世界广泛分布的鳍藻，其产生毒素的能力在不同海域差异较大，鳍藻产毒的调控机制尚未完全清楚。申请人前期的研究结果表明，环境温度、光照以及水体中的溶解态无机营养元素对鳍藻产毒没有显著影响。在此基础上，本课题以鳍藻的食物来源为切入点，拟通过构建鳍藻-红色中缢虫-隐藻的三级食物链培养体系，对鳍藻进行多途径食物链培养，采用分子标记和LC-MS/MS技术，研究同一株鳍藻在不同食物链培养下，以及不同株系鳍藻在相同食物链培养下的质粒类型和产毒特征差异，分析食物的种类、食物的主要营养成分对鳍藻生长和产毒的影响，了解食物细胞内质粒类型与鳍藻产毒是否存在必然联系。该研究旨在揭示影响鳍藻产生腹泻性贝类毒素的关键控制因素，为鳍藻毒素的生物合成机理及该藻赤潮的防灾减灾管理提供科学依据。

鳍藻在世界范围内广泛分布。在已知的75种鳍藻中，有10种能够产生贝类毒素，其中主要为腹泻性贝类毒素（大田软海绵酸OA及其衍生物DTXs）和/或扇贝毒素PTXs。这些毒素通过食物链传递到人体及其它高等动物，会造成中毒症状。研究影响鳍藻产毒的因素，是鳍藻生态学研究的关键点之一。目前的研究表明，鳍藻合成DSP毒素的能力与鳍藻生长的环境因素没有明显的相关性。本研究通过“隐藻-红色中缢虫-鳍藻”三级食物链成功对中国海域鳍藻进行分离培养，并开展食物链对鳍藻的生长和产毒特征研究。主要研究内容和结果如下：一、本研究成功建立了中国黄海海域鳍藻的实验室培养体系。通过形态学及DNA分析，鉴定该株鳍藻（DAYS01）为渐尖鳍藻（Dinophysis acuminata）。二、对比在中国野外分离的两株不同种鳍藻（D.acuminata和D.caudata）的细胞内毒素差异。D.caudata细胞内OA、DTX1和PTX2的含量分别为1.88、3.16和2.88 pg cell-1，而D.acuminata仅检测到PTX2，且浓度达到8.0 pg cell-1，表明鳍藻产毒的基因特性。三、渐尖鳍藻生长随着温度的上升而增加，而DTX1和PTX2产量随温度没有明显变化。食物对渐尖鳍藻的毒素产量没有显著影响，但对生长有显著影响，导致鳍藻生物量增大，进而间接影响总毒素产量，表明当地海域内的食物红色中缢虫类型是造成DSP毒素时间性和地域性差异的原因之一。四、质体（plastid）是鳍藻食物链建立的关键因素，本研究以三级食物链交叉培养为基础，探讨不同质体来源对渐尖鳍藻（DAEP01）生长和产毒的影响。结果表明一级食物（红色中缢虫）是影响鳍藻生长和产毒的直接因素，而质体的主要来源-二级食物隐藻，对鳍藻生长和产毒差异的影响不显著；同时，我们发现当鳍藻暴露于红色中缢虫培养液中时，毒素含量也显著升高，这表明红色中缢虫可能是促使鳍藻产毒的原因之一。综上所述，本研究的结论为食物是影响鳍藻生长和产毒的关键因素，也是不同海域鳍藻产毒特征不一致的原因之一。但同时我们发现鳍藻及其食物的伴生细菌也可能是造成鳍藻赤潮爆发的诱因，这为我们下一步的工作提出设想。本项目当前研究成果为探究鳍藻生长和产毒机制以及评估、预警和预报腹泻性贝类毒素的爆发提供理论依据。