中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室陈楠生研究团队发布了首个菱形藻属物种船斑菱形藻（Navicula navis-varingica）的软骨藻酸（domoic acid, DA）合成基因序列，并利用比较基因组学方法探讨了软骨藻酸合成基因的起源与演化。这项成果近期发表在学术期刊Harmful Algae。
自1987年加拿大爱德华王子岛发生伪菱形藻（Pseudo-nitzschia）污染贻贝致3人死亡、逾百人患病事件以来，产毒伪菱形藻引起了全球藻类科学家的广泛关注。伪菱形藻合成的DA毒素可通过食物链引发人类失忆性贝类中毒。该事件的爆发促使藻类学家开始在全球范围内寻找和鉴定更多的产毒伪菱形藻属物种，导致了很多新种的发现和描述。迄今，62个伪菱形藻物种得到了鉴定和描述。在寻找产毒伪菱形藻的过程中，日本科学家Yuichi Kotaki于2000年在越南的一个对虾养殖池中找到了一种形态与伪菱形藻相似的菱形藻属底栖硅藻船斑菱形藻，发现该藻也能够合成DA。随后马来亚大学廖翠萍和林保澄等发现该产毒菱形藻属物种在亚太西部海域分布广泛。不仅如此，研究还发现除DA外，船斑菱形藻还能合成多种DA异构体IA和IB，显示该物种的毒素合成能力有别于伪菱形藻物种，也表明该物种的基因组的毒素合成基因可能具有其特殊性。比较基因组分析显示，该藻种内存在高度遗传多样性，至少可划分为8个不同的ITS2基因型分支，提示不同基因型可能具有差异化的DA及其异构体合成能力。然而，这种遗传多样性与其潜在毒性差异的关联机制仍有待阐明。
2018年，美国科学家通过比较转录组分析以及化学分析，发现并证明了伪菱形藻的DA合成基因，包括4个形成串联基因簇的基因，dabA、dabB、dabC和dabD（Brunson et al., Science, 2018）。该项里程碑式的研究为鉴定物种的DA合成基因，跟踪DA合成基因的演化路径提供了抓手。最近，陈楠生研究员团队利用这些DA毒素合成基因为参考，结合伪菱形藻基因组的构建和比较分析，提出了伪菱形藻DA合成基因的“一次获得，多次独立丢失模型”（He et al., Communications Biology, 2024）。
最近，陈楠生研究团队通过与马来亚大学的廖翠萍教授和林保澄教授合作，获得了采集自西太平洋海域的37株船斑菱形藻的DNA样本。通过全基因组测序和比较基因组学方法，系统鉴定了船斑菱形藻中参与DA生物合成的候选基因。本研究在船斑菱形藻株系中检测到DA合成基因（dabA、dabB、dabC和dabD）的同源基因，这些基因最初发现于伪菱形藻属。但与伪菱形藻中串联排列的基因簇不同，船斑菱形藻的dab基因并不形成串联基因簇，而是分散于不同基因组区域。此外，我们在该物种的多个株系中发现同时存在两个dabC基因拷贝，表明dabC基因在演化过程中实现了复制，暗示其在DA及其异构体合成中可能具有特殊功能。dab基因的系统发育分析表明，dabA和dabC的水平基因转移与真核生物CYP450基因的新功能化共同促成了藻类谱系中DA合成能力的演化。船斑菱形藻中dab基因的鉴定为深入研究该底栖硅藻DA生物合成的起源、进化及转录调控奠定了基础。
该论文第一作者是中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室博士后崔宗梅，陈楠生研究员和马来亚大学的廖翠萍教授是共同通讯作者。中国科学院海洋研究所博士研究生王绘、马来亚大学林保澄教授、厦门大学马来西亚分校中国—东盟海洋学院Suh Nih Tan博士和日本东北大学农业科学研究生院Yuichi Kotaki教授参加了该项研究。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、马来西亚高等教育部卓越中心基金，以及中国科学院国际人才计划的共同资助。
相关论文：
Zongmei Cui, Hui Wang, Po Teen Lim, Suh Nih Tan, Yuichi Kotaki, Chui Pin Leaw*, Nansheng Chen*. Genomic and phylogenetic analyses of the domoic acid biosynthesis genes in the benthic diatom Nitzschia navis-varingica (Bacillariophyceae). Harmful Algae, 2025,148:102905.
https://doi.org/10.1016/j.hal.2025.102905
