水华鱼腥藻类菌胞素氨基酸的分子鉴定和化学检测

第39卷第3期2015年5月水生生物学报ACTAHYDROBIOLOGICASINICAVo1．39，NO．3May，2015doi：10．7541／2015．72水华鱼腥藻类菌胞素氨基酸的分子鉴定和化学检测刘洋高合意2李效宇李仁辉2(1．河南师范大学生命科学学院，新乡453007；2．中国科学院水生生物研究所，武汉430072)摘要：类菌胞素氨基酸(MAAs)是一类具有吸收紫外线能力的物质，蓝藻MAAs的生物合成及其分子机制的揭示为MAAs基因的快速检测提供了可能。研究采用分子生物学方法扩增了一株分离自太湖的水华鱼腥藻(Dolichospermumflos—aquaeCHAB1629)编码脱氢醌合成酶(DHQS)基因的部分片段，系统树分析发现其与报道的Anabaenasp．90核酸序列相似度达99％，而与AnabaenavariabilisATCC29413仅为53．6％；同时运用HPLC检测发现，该株水华鱼腥藻MAAs的类型为shinorine。研究结果可为后续浮游类鱼腥藻MAAs的分子鉴定及野外适应性研究提供依据。关键词：蓝藻；水华鱼腥藻；类菌胞素氨基酸；高效液相色谱中图分类号：Q943．2文献标识码：A文章编号：1000—3207(2015)03．0549—05类菌胞素氨基酸(Mycosporine．LikeAminoAcids，MAAs)是一大类以环己烯酮为基本骨架、与不同类型氨基酸缩合形成的水溶性物质，共轭双键的结构特征以及侧链的活性基团决定了其具有强紫外(3l0—360nm)吸收的能力(图1)，。MAAs在自然界分布广泛，从早期在真菌中发现至今(Leach1965)，已在多种浮游植物类群中发现，如蓝藻、红藻等。同时MAAs的化学结构多样，目前已发现了近3O种，2013年，Nazifi等【3】和Miyamoto等_4】报道在地木耳(Nostoccommune)中新发现了两种不同类型的MAAs。研究表明，MAAs还具有光保护和抗氧化、防止珊瑚漂白、调节细胞渗透压、调节休眠体细胞形成及萌发、增强细胞耐受干旱和高温等多种作用，其主要的抗紫外作用已被应用于相关护肤品的商业开发『l，引。虽然MAAs较早就被发现，然而其生物合成机制的研究较为滞后，1999年Shick[6_对产MAAs珊瑚的草甘膦抑制实验首次证实了MAAs的莽草酸合成途径；随后Balskus和Walsh[~】揭示了蓝藻MAAs合成的分子机制，他们在AnabaenavariabilisATCC29413中确定了shinorine合成酶基因簇全长(6．5kb)，包含了4个ORFs，分别负责编码脱氢醌合成酶(DHQS)，甲基转移酶(0．MT)，ATP．grasp和NRPS．1ike酶，其中DHQS是合成途径的关键酶，负责催化3．脱氧一D一阿拉伯庚酮糖酸．7．磷酸生成3-Dehydroquinate【。MAAs合成分子机制的揭示为MAAs基因快速检测提供了可能。co，H∞H00HHOO＼U'co—HH0H‘0H0＼N^COHH‘ShinorinePorphyra-334图1两种代表性MAAs(shinorineandporphyra一334)的结构图Fig．1StructuresofrepresentativeMAAs(shinorineandporphyra-334)目前已报道含有MAAs的蓝藻有20多个属，虽然它们分布广泛，但不同种类的蓝藻MAAs差异较大，9]oSingh对A．variabilisPCC7937和Syne．chocystissp．PCC6803研究发现，前者能产生MAAs，而后者却不产。尽管首先在A．variabilis收稿日期：2014—06—24；修订日期：2014—11．25基金项目：国家自然科学基金青年基金(31400395)；国家博士后科学基金(2014M552006)；河南省科技厅国际合作项目f144300510046)；河南师范大学博士基金(qd13034)资助作者简介：刘洋(1983一)，男，河南新乡人；讲师；主要从事蓝藻分子生态学研究。E—mail：liuyang6368@126．tom通信作者：李仁辉(1965一)，研究员；主要从事蓝藻分类系统以及藻类环境生物学研究。E-mail：reli@ihb-ac．cnA550水生生物学报39卷ATCC29413中揭示了MAAs合成酶的基因簇全长，但通过对GenBank的数据分析发现，鱼腥藻相关MAAs数据较少，这也许是导致鱼腥藻属内编码DHQS的基因mysA差异较大的原因。不同种属间含有的MAAs类型也不尽相同。Sinha等[1o]对3株丝状固氮蓝藻进行了研究，发现它们仅仅含有shinorine这一种类型的MAAs物质；我国学者对微囊藻属的铜绿微囊藻调查发现，其含有两种类型的MAAs，