Schädliche Algenblüten stellen weltweit die Wasserqualität und das Gesundheitsrisikomanagement für Menschen, Wildtiere und Haustiere vor Herausforderungen. Ein Team von Forschern der University of Oklahoma führt Bemühungen zur besseren Bewältigung von Microcystis-Blüten und -Toxinen durch eine neue genombasierte Taxonomie durch.
Der Professor für Biologie der OU Regents, Dave Hambright, und Mitglieder seines Labors für Planktonökologie und Limnologie arbeiteten zusammen mit dem Professor für Mikrobiologie der OU, Lee Krumholz, an diesem Projekt mit Fakultätsmitgliedern der University of North Carolina, der James Madison University und der Auburn University. Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden in veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.
Durch die Entwicklung einer neuen genombasierten Taxonomie werden Forscher erstmals in der Lage sein, ökologische Nischen von Microcystis zu charakterisieren, einschließlich Nährstoffbedarf und Saisonalität, und letztendlich schädliche Microcystis-Blüten zu kontrollieren. Das Team hat genetische Marker entwickelt, die es Forschern ermöglichen werden, in Wassersystemen vorkommende Microcystis-Arten zu identifizieren. In ihrer Arbeit haben die Forscher 16 einzigartige Arten identifiziert, mit bis zu 30 oder mehr wahrscheinlichen Arten, die genetisch unterschiedlich sind, aber nicht den aktuellen morphologisch definierten Arten entsprechen.
„Diese neue genombasierte Taxonomie bildet die Grundlage für Forscher, um wissenschaftsbasierte proaktive Managementprogramme zu formulieren, um unsere Gewässer von schädlichen Microcystis-Blüten zu befreien“, sagte Hambright. „Unsere verbesserte Fähigkeit, Arten dieser Alge zu identifizieren und zu untersuchen, wird uns helfen, Gesundheitsrisiken zu reduzieren und unsere zunehmend gefährdeten Wasserressourcen zu verwalten und zu schützen.“
Das Verständnis der Microcystis-Ökologie und -Entwicklung ist grundlegend für das See- und Wasserqualitätsmanagement, das darauf abzielt, schädliche Microcystis-Blüten zu verhindern und zu reduzieren. Während die traditionelle Microcystis-Taxonomie (Klassifizierung in Arten) mehrere Arten erkennt, sind diese Klassifikationen umstritten, da sie auf der Morphologie und nicht auf ökologischen Merkmalen basieren. Darüber hinaus stehen sie im Widerspruch zu Standardklassifikationen auf DNA-Sequenzbasis, die eine Art mit komplexen und variablen Ökologien nahelegen.
Basierend auf der Arbeit der OU-Biologie-Doktorandin Katherine Cook, die 2020 in veröffentlicht wurde Limnologie & Ozeanographiestellte die Gruppe die Hypothese auf, dass Microcystis und sein Mikrobiom eine gemeinsam entwickelte Gemeinschaft komplementär interagierender Bakterienarten (ein Interaktom) seien, wobei jede für den Erfolg der anderen notwendig sei.
Ihr Ziel war es, die genetische Ausstattung von Microcystis aus der ganzen Welt anhand von 122 veröffentlichten vollständigen Genomen zu untersuchen und Vorhersagen über potenzielle Stoffwechselfunktionen zu treffen, die von den Mikrobiombakterien bereitgestellt werden könnten. Ihr Papier stellt die Grundlage für dieses Ziel in Form einer robusten taxonomischen Klassifikation dar, einschließlich evolutionärer Beziehungen.
Der Großteil der bioinformatischen Analysen in diesem Artikel wurde von OU-Postdoktorand Haiyuan Cai mit Unterstützung des OU-Doktoranden Chris McLimans durchgeführt. Zusätzliche Datenanalyse wurde von OU-Forschungsassistentin Jessica Beyer unterstützt.
Mehr Informationen:
Haiyuan Cai et al., Microcystis pangenome enthüllt kryptische Vielfalt innerhalb und zwischen Morphospezies, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add3783. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add3783