研究背景水華的頻繁爆發(fā)使產(chǎn)毒藍(lán)藻及其代謝產(chǎn)物對(duì)水環(huán)境安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。雖然微囊藻毒素 (Microcystins) 因其肝毒性受到廣泛關(guān)注但其他非微囊藻毒素的氰肽類 (Cyanopeptides) 的環(huán)境分布、濃度及毒理學(xué)數(shù)據(jù)仍十分匱乏。浮絲藻 (Planktothrix) 是溫帶淡水水體中常見的水華形成屬能產(chǎn)生多種結(jié)構(gòu)特異的次級(jí)代謝產(chǎn)物。了解其菌株特異性的產(chǎn)毒特征對(duì)于評(píng)估水體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。本研究旨在利用非靶向高分辨質(zhì)譜代謝組學(xué)技術(shù)解析來自加拿大湖泊的6株P(guān)lanktothrix的胞內(nèi)氰肽多樣性以期為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供基礎(chǔ)化學(xué)數(shù)據(jù)。研究過程與結(jié)果本研究選取了4株紅色浮絲藻 (P. rubescens)、1株阿氏浮絲藻 (P. agardhii) 及1株不確定種 (Planktothrixsp.) 進(jìn)行批次培養(yǎng)。研究人員采用液相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) (LC-HRMS)結(jié)合數(shù)據(jù)依賴性采集模式 (DDA)對(duì)培養(yǎng)至14天和28天的藻細(xì)胞進(jìn)行了非靶向代謝組學(xué)分析。通過主成分分析 (PCA) 和因子載荷圖研究團(tuán)隊(duì)成功可視化了不同藻株間的氰肽特征差異。結(jié)果顯示每株P(guān)lanktothrix都產(chǎn)生了獨(dú)特的氰肽混合物且所有菌株均同時(shí)產(chǎn)生了微囊藻毒素和魚腥藻肽 (Anabaenopeptins)。值得注意的是盡管采自同一湖泊和同一時(shí)間3株P(guān). rubescens(CPCC 731, 732, 733) 的氰肽譜卻截然不同這暗示了特定化學(xué)型亞群的存在。圖1. 六株浮絲藻 (Planktothrix) 四組平行培養(yǎng)物胞內(nèi)代謝特征的PCA (主成分分析) 圖 (A)。載荷圖展示了納入PCA分析的154個(gè)代謝特征其中包括本研究檢測(cè)到的225種氰肽中的84種。中間載荷圖 (B) 中氰肽組別采用不同顏色進(jìn)行編碼。在載荷圖 (C) 中紅色向量表示對(duì)所分析浮絲藻菌株P(guān)CA變異的貢獻(xiàn)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性 (p 0.01采用經(jīng)Benjamini-Hochberg校正的Kruskal-Wallis檢驗(yàn))黑色向量表示無顯著變異 (p≥ 0.01)。圖 (B) 和 (C) 中標(biāo)注了30個(gè)代謝特征其對(duì)應(yīng)名稱見氰肽圖例。在檢測(cè)到的225種氰肽中研究團(tuán)隊(duì)利用GNPS分子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步解析了其結(jié)構(gòu)多樣性。分析表明氰基肽藻素 (Cyanopeptolins) 和魚腥藻肽是多樣性最高的兩個(gè)組群分別檢測(cè)到80種和61種相比之下備受關(guān)注的微囊藻毒素僅檢測(cè)到21種是多樣性最低的組群。其中Planktothrixsp. CPCC 735產(chǎn)生的氰肽種類最多 (68種)而P. rubescensCPCC 732產(chǎn)生的種類最少 (27種)。分子網(wǎng)絡(luò)還揭示了不同菌株產(chǎn)生特定結(jié)構(gòu)亞型的偏好例如某些菌株特異性地產(chǎn)生含蘇氨酸 (Threonine) 的氰基肽藻素而另一些則產(chǎn)生含苯丙氨酸或纈氨酸的變體。圖2. 基于浮絲藻 (Planktothrix) 胞內(nèi)提取物特征MS/MS譜圖生成的GNPS分子網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)代表單一代謝特征并根據(jù)圖例進(jìn)行顏色編碼。例如黃色節(jié)點(diǎn)表示該特征同時(shí)在浮絲藻提取物和種子譜圖中被檢測(cè)到。文本中對(duì)以下氰肽類群進(jìn)行了詳細(xì)描述氰基肽藻素 (簇1–3)、偽枝藻素 (簇4)、魚腥藻肽 (簇5–6)、微囊藻素 (簇7–10) 和微囊藻毒素 (簇11–12)。研究總結(jié)本研究通過先進(jìn)的質(zhì)譜代謝組學(xué)手段全面描繪了加拿大湖泊來源的Planktothrix菌株的次級(jí)代謝產(chǎn)物譜。研究結(jié)果有力地證明了浮絲藻屬具有極高的菌株特異性產(chǎn)毒潛力且其產(chǎn)生的氰肽混合物極其復(fù)雜。特別值得關(guān)注的是非微囊藻毒素類的氰肽特別是氰基肽藻素和魚腥藻肽在結(jié)構(gòu)多樣性上遠(yuǎn)超微囊藻毒素。這提示我們?cè)谶M(jìn)行水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)不能僅局限于微囊藻毒素的監(jiān)測(cè)還需關(guān)注這些高多樣性的共存毒素。該研究不僅為理解浮絲藻的化學(xué)防御機(jī)制提供了新視角也為未來制備環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)品及開展毒理學(xué)研究指明了方向。文章鏈接https://www.mdpi.com/2072-6651/16/2/110期刊Toxins期刊主頁https://www.mdpi.com/journal/toxins?主編Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA期刊主要涵蓋了由生物體產(chǎn)生的各類毒素領(lǐng)域的相關(guān)研究。2025 Impact Factor4.02025 CiteScore8.3Time to First Decision18 DaysAcceptance to Publication3.6 Days本文轉(zhuǎn)自MDPI生物與生命科學(xué)僅供學(xué)習(xí)交流