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【科技通訊】 有害藻華監(jiān)測預(yù)警：借助eDNA科技實(shí)現(xiàn)沿海上升流系統(tǒng)中有害藻類的長期監(jiān)測編輯：李安娜 陳稀
導(dǎo)讀 【環(huán)境DNA技術(shù)助力有害藻華監(jiān)測，共護(hù)水生態(tài)生物多樣性】 有害藻華對生態(tài)環(huán)境和人體健康存在巨大威脅，目前對有害藻華的監(jiān)測方法依然以傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定為主，而已被廣泛用于揭示浮游生物多樣性的環(huán)境DNA技術(shù)為有害藻華（HAB）監(jiān)測提供了新思路。研究選取了西班牙西北部的Ria de Vigo淺海區(qū)域，連續(xù)3年收集沉積物和浮游生物樣本，借助環(huán)境DNA技術(shù)同時(shí)檢測IOC-UNESCO《有害微藻分類參考名錄》中的25種潛在有害物種。其中包括引起失憶性貝類中毒（擬菱形藻屬物種）、麻痹性貝類中毒（鏈狀裸甲藻和微小亞歷山大藻）、氮雜螺環(huán)酸毒素（腹孔環(huán)胺藻）和魚類毒性觸生植物（金色藻屬一種）的病原體；還檢出一些該海域未報(bào)道過的物種（擬菱形藻屬一種、金色藻屬一種、腹孔環(huán)胺藻）。
論文DOI: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2023.1200135/full
圖1 (A) 維戈河口（西班牙西北部梅拉）采樣區(qū)位置 (B) 研究應(yīng)用方法總結(jié) 從潮間帶收集表層沉積物，在距海岸約10米處收集海水，依次通過不同孔徑過濾，得到中型浮游生物、微型浮游生物和納米浮游生物部分。DNA宏條形碼分析程序根據(jù)Rıos-Castro et al.，2021獲得。此項(xiàng)研究重點(diǎn)關(guān)注微藻群落，研究結(jié)果指出了eDNA擴(kuò)增子測序的應(yīng)用在有害藻華預(yù)警系統(tǒng)中的適用性，特別是對低豐度、稀有類群中有害物種的了解。
背景
有害藻華傳統(tǒng)監(jiān)測方法主要是采用光學(xué)顯微鏡對可能產(chǎn)生毒素的屬/種進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)，但該方法耗時(shí)長，專業(yè)性高、整體難度大。主成像流式細(xì)胞術(shù)、機(jī)器人平臺(tái)、衛(wèi)星遙感、分子等方法為有害藻華物種和種群動(dòng)態(tài)分析提供了新方向。在為定性或半定量檢測產(chǎn)毒物種而提出的幾種技術(shù)中，環(huán)境DNA高通量測序似乎可用于浮游生物長期監(jiān)測，從而為藻華早期預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供定量數(shù)據(jù)。為探索這種方法的可能性，本研究在水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)活動(dòng)密集且反復(fù)受到有害藻類影響的Galician rias地區(qū)開展調(diào)查。
主要結(jié)果
1. 環(huán)境DNA技術(shù)揭示有害藻類以甲藻綱、硅藻綱物種為主
圖2 在有害微藻數(shù)據(jù)庫IOC-UNESCO中的微藻“綱”級(jí)的OTU（A）和reads數(shù)（B）每個(gè)類別的reads數(shù)包括了沉積物和水樣兩種采樣的結(jié)果，OTU（Operational Taxonomic Units，操作分類單元） 2. 環(huán)境DNA測序顯示沉積物與海水樣品中的有害藻類物種存在差異
圖3 在海水浮游生物中檢出的微藻“綱”和“屬”的相對豐度 沉積物樣品中微藻物種以硅藻綱為主，其次為硅藻綱、定鞭藻綱，主要物種有杯狀藻屬一種、伯克萊屬一種、橋彎藻屬一種等，未觀測到微藻群落的季節(jié)性變化。 海水樣品中微藻物種以甲藻綱為主（圖3A），最具有代表性的屬是尖尾藻屬，占微藻總reads的29%（圖3B）。微藻群落組成變化較大，偶爾會(huì)檢測到某些生物的大量增殖，如在2017年9月17日檢測到大量海洋尖尾藻（Oxyrrhis marina），其相對豐度為84%。 3. 通過環(huán)境DNA技術(shù)檢出25種有害藻類物種
圖4 潛在有害微藻物種（基于害微藻數(shù)據(jù)庫IOC-UNESCO）的總序列數(shù) *主要為硅藻綱和甲藻綱，序列前三分別為Pseudo-nitzschia pungens尖刺擬菱形藻、Pseudo-nitzschia turgidula/cuspidata/lineola細(xì)條偽菱形藻、Pseudo-nitzschia australis澳洲擬菱形藻。 本研究通過環(huán)境DNA元條形碼首次在于維戈河口檢測出25種潛在的有害藻類（圖4）。其中豐富度最高的是擬菱形藻屬，該屬物種在沉積物及海水樣品中均有檢出（擬菱形藻屬物種可產(chǎn)生失憶癥貝毒）。硅藻綱物種在沉積物樣品中比例較高，擬菱形藻屬在海水水樣中占優(yōu)勢。
小結(jié)
● 潛在有害藻類環(huán)境DNA監(jiān)測：除常規(guī)水樣分析之外，沉積物也是重要的樣品來源。上述研究共檢測出25種潛在有害物種，并對麻痹性貝類中毒、腹瀉性貝類中毒的病原體藻類進(jìn)行了物種鑒定。 ● 使用基于18S rRNA基因V9區(qū)的宏條形碼測序方法，從物種層面提高了傳統(tǒng)方法監(jiān)測的分辨率，為潛在有害微藻群落組成提供了有價(jià)值的新信息，驗(yàn)證了環(huán)境DNA技術(shù)作為傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定補(bǔ)充手段的有效性。 ● 南京大學(xué)環(huán)境DNA技術(shù)團(tuán)隊(duì)協(xié)同揚(yáng)子江生態(tài)文明創(chuàng)新中心生態(tài)健康平臺(tái)，利用18S rRNA基因V9區(qū)的宏條形碼技術(shù)持續(xù)探索太湖真核藻類演化趨勢，目前已形成一套系統(tǒng)的有害藻華數(shù)據(jù)庫，并提供問題導(dǎo)向的解決方案。
參考文獻(xiàn)： Ríos-Castro, R., Novoa, B., Hernández-Urcera, J., Rodríguez, F., & Figueras, A. (2023). Harmful algae diversity from a coastal upwelling system detected by high-throughput sequencing. Frontiers in Marine Science, 2023,10.
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