研究背景水華的頻繁爆發(fā)使產(chǎn)毒藍藻及其代謝產(chǎn)物對水環(huán)境安全構成嚴重威脅。雖然微囊藻毒素 (Microcystins) 因其肝毒性受到廣泛關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)構特異的次級代謝產(chǎn)物。了解其菌株特異性的產(chǎn)毒特征對于評估水體生態(tài)風險至關重要。本研究旨在利用非靶向高分辨質(zhì)譜代謝組學技術解析來自加拿大湖泊的6株Planktothrix的胞內(nèi)氰肽多樣性以期為環(huán)境風險評估提供基礎化學數(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 (LC-HRMS)結(jié)合數(shù)據(jù)依賴性采集模式 (DDA)對培養(yǎng)至14天和28天的藻細胞進行了非靶向代謝組學分析。通過主成分分析 (PCA) 和因子載荷圖研究團隊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Planktothrix都產(chǎn)生了獨特的氰肽混合物且所有菌株均同時產(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間3株P. rubescens(CPCC 731, 732, 733) 的氰肽譜卻截然不同這暗示了特定化學型亞群的存在。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個代謝特征其中包括本研究檢測到的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行編碼。在載荷圖 (C) 中紅色向量表示對所分析浮絲藻菌株PCA變異的貢獻具有統(tǒng)計學顯著性 (p 0.01采用經(jīng)Benjamini-Hochberg校正的Kruskal-Wallis檢驗)黑色向量表示無顯著變異 (p≥ 0.01)。圖 (B) 和 (C) 中標注了30個代謝特征其對應名稱見氰肽圖例。在檢測到的225種氰肽中研究團隊利用GNPS分子網(wǎng)絡技術進一步解析了其結(jié)構多樣性。分析表明氰基肽藻素 (Cyanopeptolins) 和魚腥藻肽是多樣性最高的兩個組群分別檢測到80種和61種相比之下備受關注的微囊藻毒素僅檢測到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)絡還揭示了不同菌株產(chǎn)生特定結(jié)構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。節(jié)點代表單一代謝特征并根據(jù)圖例進行顏色編碼。例如黃色節(jié)點表示該特征同時在浮絲藻提取物和種子譜圖中被檢測到。文本中對以下氰肽類群進行了詳細描述氰基肽藻素 (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)本研究通過先進的質(zhì)譜代謝組學手段全面描繪了加拿大湖泊來源的Planktothrix菌株的次級代謝產(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雜。特別值得關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)構多樣性上遠超微囊藻毒素。這提示我們在進行水華風險評估時不能僅局限于微囊藻毒素的監(jiān)測還需關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防御機制提供了新視角也為未來制備環(huán)境監(jiān)測標準品及開展毒理學研究指明了方向。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)生的各類毒素領域的相關研究。2025 Impact Factor4.02025 CiteScore8.3Time to First Decision18 DaysAcceptance to Publication3.6 Days本文轉(zhuǎn)自MDPI生物與生命科學僅供學習交流