近日，中国科学院海洋研究所海洋环境组学与演化生态学研究组在海洋有毒硅藻研究领域取得新进展。研究团队通过藻株分离培养和染色体水平基因组解析，在双脊角毛藻（Chaetoceros costatus）中鉴定出软骨藻酸毒素合成基因，并证实该藻能够产生软骨藻酸，将已知可产生软骨藻酸的硅藻类群从硅藻纲扩展至中心硅藻纲。相关研究成果发表于国际学术期刊Harmful Algae。

软骨藻酸是一类神经毒素，可通过食物链引发人类记忆缺失性贝类中毒，严重时可导致神经系统损伤甚至死亡。自1987年加拿大爱德华王子岛发生软骨藻酸贝毒事件以来，学界围绕其产生藻类的多样性、毒素合成机制及生态影响开展了大量研究。目前已确认能够产生软骨藻酸的硅藻主要分布于硅藻纲的伪菱形藻属（Pseudo-nitzschia）和菱形藻属（Nitzschia）。这一认识使得相关研究与针对软骨藻酸的监测工作主要聚焦于这两个类群。然而，软骨藻酸合成能力究竟起源于哪些藻类谱系、相关合成基因在海洋微藻中具有怎样的分布范围，以及这些基因如何在不同类群中演化和分化，仍是有待解决的重要科学问题。

研究团队对从我国近海分离的281个硅藻株系（54个物种）开展基因组大规模筛查，首次在双脊角毛藻基因组中鉴定到软骨藻酸合成基因。研究结合形态学观察和分子标记分析完成藻株物种鉴定，并开展高质量基因组测序组装，获得了双脊角毛藻的染色体水平基因组组装结果，为解析毒素合成基因的组成、分布和演化奠定基础。基因组分析表明，双脊角毛藻含有dabA、dabC和dabD三个软骨藻酸合成基因，缺失dabB基因（图1），基因排布模式与伪菱形藻属差异显著；该特征在多个独立基因组组装中稳定出现，证明dabB缺失属于物种固有基因组特征，并非组装缺陷。基因存在不等于具备产毒表型，团队进一步利用液相色谱-串联质谱检测藻培养物，证实双脊角毛藻能够合成软骨藻酸，单细胞毒素含量为2~6 fg/cell。该藻株在实验室培养条件下的软骨藻酸含量明显低于典型高产毒硅藻，说明携带毒素合成基因不代表高的产毒水平，不能仅凭该结果判定其在自然海域中的实际毒性风险。

图1 双脊角毛藻的形态、DA合成基因的组成和DA合成的检测

确认双脊角毛藻可产软骨藻酸后，团队基于染色体水平基因组开展比较基因组学和系统发育分析，解析毒素合成基因的演化历程。该藻两个单倍型基因组的dabA和dabD存在拷贝数差异：一个单倍型含有4个dabA、2个dabD拷贝，另一个单倍型含有3个dabA、1个dabD拷贝（图1）。基因拷贝数的变化可能影响基因表达剂量、功能分化与通路调控，但该变异是否直接决定藻株产毒水平，仍需转录组、基因功能验证及生理生态实验进一步证实。

图2 双脊角毛藻dab基因的演化模型与共线性分析

系统发育分析表明，各dab基因可能具有不同的演化历史（图2）。双脊角毛藻的dabA和dabC与伪菱形藻属序列亲缘关系更近，提示水平基因转移可能介导了这些基因在不同藻类谱系间的跨类群分布。相比之下，dabD表现出不同的演化模式，与其他角毛藻属成员的细胞色素P450相关序列具有较近的关系。这些结果表明，软骨藻酸合成能力的演化可能并非由单一遗传事件驱动，而可能涉及水平基因转移、基因拷贝数变化以及不同谱系中的独立分化等多种过程。本研究提出的演化解释为进一步探索产毒能力的起源提供了重要思路，但相关机制仍有待通过更多物种的基因组比较与功能实验加以检验。

双脊角毛藻属于我国近海广泛分布的优势硅藻类群。该物种毒素本底产量较低，但在特定环境胁迫条件下，毒素合成水平存在上调风险，是近海需要予以关注的“隐性产毒”浮游藻类，为我国近海有害藻华监测与海产品毒素风险预警提供了新的科学参考线索。

该论文第一作者是中国科学院海洋研究所博士后崔宗梅，共同第一作者是中国科学院深圳先进研究院的何子岩，中国科学院海洋研究所陈楠生研究员和华南师范大学李扬教授为共同通讯作者，合作者来自中国科学院深圳先进研究院、华南师范大学、马来西亚马来大学等单位。该研究得到国家自然科学基金、e‑ASIA联合研究计划、中国科学院国际人才计划等项目资助。

论文信息：

Zongmei Cui#, Ziyan He#, Hui Wang, Huan Wang, Biaobiao Niu, Tong Ye, Xingyin Su, Po Teen Lim, Chui Pin Leaw, Zhiyuan Gong, Yang Li*, Nansheng Chen*, 2026. Discovery of domoic acid biosynthesis genes in Chaetoceros costatus expands the phylogenetic range of toxigenic diatoms, Harmful Algae, 160, 103239. doi:10.1016/j.hal.2026.103239