Вредное цветение водорослей создает во всем мире проблемы для качества воды и управления рисками для здоровья людей, диких 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 Дэйв Хэмбрайт и сотрудники его лаборатории экологии планктона и лимнологии совместно с профессором микробиологии Ли Крумхольцем сотрудничали в этом проекте с преподавателями Университета Северной Каролины, Университета Джеймса Мэдисона и Университета Оберна. Результаты их работы были опубликованы в журнале Science Advances.

Благодаря разработке новой таксономии, основанной на геноме, исследователи впервые смогут охарактеризовать экологические ниши Microcystis, включая требования к питательным веществам и сезонность, и, в конечном итоге, контролировать вредное цветение Microcystis. Команда разработала генетические маркеры, которые позволят исследователям идентифицировать виды Microcystis, присутствующие в водных системах. В своей работе исследователи выявили 16 уникальных видов, а всего их может быть до 30 и более, которые отличаются генетически, но не соответствуют существующим морфологическим видам.

"Эта новая таксономия, основанная на геноме, закладывает основу для разработки исследователями научно обоснованных программ проактивного управления, чтобы избавить наши воды от вредного цветения Microcystis", - сказал Хэмбрайт. "Наша улучшенная способность идентифицировать и изучать виды этой водоросли 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 озер и воды, направленного на предотвращение и уменьшение вредного цветения Microcystis. Хотя традиционная таксономия Microcystis (классификация на виды) признает множество видов, эти классификации являются спорными, поскольку они основаны на морфологии, а не на экологических особенностях. Кроме того, они противоречат стандартной классификации на основе ДНК-последовательностей, которая предполагает 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, что Microcystis и его микробиом представляют собой коэволюционное сообщество взаимодополняющих взаимодействующих видов бактерий (интерактом), каждый из которых необходим для успеха других.

Их целью было 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 работа представляет собой основу для достижения этой цели в виде надежной таксономической классификации, включая эволюционные связи.

Большинство биоинформационных анализов в этой статье было проведено постдокторантом OU Хайюаном Каем при содействии докторанта OU Криса Маклиманса. Дополнительный анализ данных проводился при поддержке ассистента профессора Джессики Бейер.