Исследования улучшают способность идентифицировать и изучать виды водорослей

Летнее цветение Microcystis в пруду Касл-Рок, Норман, Оклахома.

Вредоносное цветение водорослей создает проблемы во всем мире для качества воды и управления рисками для здоровья людей, диких животных и домашних животных. Группа исследователей из Университета Оклахомы возглавляет усилия по улучшению управления цветением и токсинами Microcystis с помощью новой таксономии, основанной на геноме.

Профессор биологии округа OU Дэйв Хэмбрайт и сотрудники его лаборатории экологии и лимнологии планктона совместно с профессором микробиологии OU Ли Крамхольцем сотрудничали в этом проекте с преподавателями Университета Северной Каролины, Университета Джеймса Мэдисона и Обернского университета. Результаты их работы были опубликованы в журнале Science Advances .

Благодаря разработке новой таксономии на основе генома исследователи впервые смогут охарактеризовать экологические ниши Microcystis, включая потребности в питательных веществах и сезонность, и, в конечном итоге, контролировать вредоносное цветение Microcystis. Команда разработала генетические маркеры, которые позволят исследователям идентифицировать виды Microcystis, присутствующие в водных системах. В своей статье исследователи определили 16 уникальных видов, из которых 30 или более вероятны, которые генетически различны, но не соответствуют современным морфологически определенным видам.

«Эта новая таксономия на основе генома закладывает основу для исследователей, чтобы сформулировать научно обоснованные программы активного управления, чтобы избавить наши воды от вредоносного цветения Microcystis», — сказал Хэмбрайт. «Наша улучшенная способность выявлять и изучать виды этих водорослей поможет нам снизить риски для здоровья, а также управлять и защищать наши все более уязвимые водные ресурсы».

Понимание экологии и эволюции Microcystis является основой для управления качеством воды и озер, направленного на предотвращение и сокращение вредоносного цветения Microcystis. Хотя традиционная таксономия Microcystis (классификация по видам) признает несколько видов, эти классификации вызывают споры, поскольку они основаны на морфологии, а не на экологических особенностях. Кроме того, они противоречат стандартным классификациям, основанным на последовательностях ДНК, которые предполагают наличие одного вида со сложной и изменчивой экологией.

Основываясь на работе докторанта биологии OU Кэтрин Кук, которая была опубликована в 2020 году в журнале Limnology & Oceanography , группа выдвинула гипотезу о том, что Microcystis и его микробиом представляют собой совместно эволюционировавшее сообщество дополнительных взаимодействующих видов бактерий (инактом), каждый из которых необходим для успеха другие.

Их цель состояла в том, чтобы изучить генетический состав Microcystis со всего мира, используя 122 опубликованных полных генома, и сделать прогнозы потенциальных метаболических функций, которые могут быть обеспечены бактериями микробиома. Их статья представляет собой основу для этой цели в виде надежной таксономической классификации, включая эволюционные отношения.

Большинство биоинформатических анализов в этой статье было проведено постдокторантом OU Хайюань Цаем при содействии докторанта OU Криса Маклиманса. Дополнительный анализ данных был проведен при поддержке доцента-исследователя OU Джессики Бейер.