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海滩关闭。海洋哺乳动物患病。渔业闲置。如果藻类开始产生一种叫做软骨藻酸的神经毒素，那么它们就会变成有毒物质。尽管软骨藻酸的结构已经为人所知几十年了，但对其生物合成却知之甚少。然而，一项新的研究揭示了软骨藻酸产生的遗传基础，鼓励了那些希望预测软骨藻酸事件或有毒潮汐的研究人员。随着气候变化的进展，这些事件或潮汐可能变得更加频繁。
这项新研究了解了导致浮游植物假菱形藻产生软骨藻酸的生长条件，并通过转录组测序对可能参与软骨藻酸生物合成的基因进行排序。最终，这项研究确定了一组基因，当浮游植物产生软骨藻酸时，这些基因“开启”。
《科学》杂志上发表了一篇题为《神经毒素软骨藻酸的生物合成》的文章。
这篇文章的作者写道:“[我们发现软骨藻酸(DA)]生物合成基因在基因组的四个基因簇中共定位。”“我们对重组DA生物合成酶进行了生物化学研究，并将其机制与DA诊断性吡咯烷骨架的构建联系起来，建立了DA生物合成的模型。”
通过展示软骨藻酸产生的基因是如何被激活的，作者们提出了一种方法，将驱动海藻大量繁殖的海洋环境与毒素产生的发展联系起来。
有害藻类的大量繁殖通常以“赤潮”的形式出现，之所以如此称呼，是因为赤潮使海水呈现出微红色。藻华发生在浮游植物快速生长的时候，有时会产生毒素，使海洋哺乳动物和其他物种患病。
当毒素在海产品中积聚时，有害藻类的大量繁殖也会对人类健康造成威胁。大剂量地暴露于软骨藻酸可导致遗忘性贝类中毒，这是一种潜在的致命疾病，表现为癫痫发作和短期记忆丧失。
“通过识别编码软骨藻酸生成的基因，我们现在能够问出是什么海洋环境开启或关闭了这些基因，”这项研究的主要作者帕特里克·布龙森(Patrick Brunson)说。布朗森隶属于斯克里普斯海洋研究所(SIO)和克雷格文特尔研究所。“这些知识将使我们能够在遗传水平上跟踪bloom毒性的发展。”
目前的研究是基于早期的观察，即浮游植物的毒性在磷酸盐限制和CO2浓度升高的情况下会增加。“比较显示,∼500个基因的转录增加磷酸饥饿之下,“科学的角度指出,伴随着主要的论文。只有43个基因的转录在高二氧化碳环境下也会增加;作者利用这些转录本寻找软骨藻酸的生物合成基因。
“转录增加最明显的氧化酶位于一个基因组区域，在这个区域中，其他基因表达上调。”这种聚类促进了这一突破，因为所有这些基因都参与了软骨藻酸的生物合成。
几个州受到有害藻类泛滥的严重影响。2015年夏天，从阿拉斯加到加利福尼亚，北美西海岸发生了有史以来最大规模的有害藻类爆发，导致渔业关闭，以保护消费者免受潜在贝类中毒的威胁。
科学家发现，有害藻华很难预测。引起开花的生物体通常有非常复杂的基因组。科学家们表示，对软骨藻酸产生相关基因的了解，将有助于更好地监测藻华，并有助于确定引发毒素产生的条件。
“因为藻类的基因组非常复杂,海洋微藻毒素的生物合成途径仍难以捉摸的一段时间,”说的主要文章的资深作者布拉德利·摩尔博士,一个化学家SIO遗传学家和加州大学圣地亚哥分校的Skaggs药学和制药科学学院。
“现在我们有了伪菱形藻的基因组和软骨藻酸产生的遗传途径，我们开始理解这些微藻产生毒素的原因，以及这种能力是如何被激活的，”摩尔博士说。“这一新知识将更好地教育我们如何预测和准备未来的有毒事件。”
当海洋中的磷酸盐含量有限，二氧化碳含量增加时，拟菱形藻会产生大量软骨藻酸，对人体有害。
海洋中的二氧化碳含量正在超过自然水平。随着海洋温度的上升，这些条件导致了更普遍、更有毒、更持久的藻华和软骨藻酸的产生。
负责监测和预测有害藻类爆发的研究人员说，这些发现有助于加深对这一现象的理解，并将有助于预测气候变化导致的软骨藻酸事件。
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