Verbesserung der Fähigkeit, Algenarten zu identifizieren und zu untersuchen

May 16, 2023

Schädliche Algenblüten stellen weltweit Herausforderungen für die Wasserqualität und das Gesundheitsrisikomanagement für Menschen, Wildtiere und Haustiere dar. Ein Forscherteam der University of Oklahoma (OU) arbeitet federführend an einem besseren Management von Microcystis-Blüten und -Toxinen durch eine neue genombasierte Taxonomie.

Dave Hambright, Biologieprofessor der OU Regents, und Mitglieder seines Labors für Planktonökologie und Limnologie arbeiteten bei diesem Projekt gemeinsam mit Lee Krumholz, Professor für Mikrobiologie an der OU, mit Fakultätsmitgliedern der University of North Carolina, der James Madison University und der Auburn University zusammen.Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden veröffentlichtin Wissenschaftsfortschritte.

Durch die Entwicklung einer neuen genombasierten Taxonomie werden Forscher erstmals in der Lage sein, ökologische Nischen von Microcystis, einschließlich Nährstoffbedarf und Saisonalität, zu charakterisieren 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, von denen bis zu 30 oder mehr wahrscheinlich sind, die genetisch unterschiedlich sind, aber nicht den derzeit morphologisch definierten Arten entsprechen.

„Diese neue genombasierte Taxonomie bildet die Grundlage für Forscher, wissenschaftlich fundierte proaktive Managementprogramme zu formulieren, um unsere Gewässer von schädlichen Microcystis-Blüten zu befreien“, sagte Hambright. „Unsere verbesserte Fähigkeit, Arten dieser Algen zu identifizieren und zu untersuchen, wird uns dabei helfen, Gesundheitsrisiken zu reduzieren sowie unsere zunehmend gefährdeten Wasserressourcen zu verwalten und zu schützen.“

Das Verständnis der Ökologie und Evolution von Microcystis ist für das See- und Wasserqualitätsmanagement mit dem Ziel, schädliche Microcystis-Blüten zu verhindern und zu reduzieren, von grundlegender Bedeutung. Während die traditionelle Microcystis-Taxonomie (Einteilung in Arten) mehrere Arten anerkennt, sind diese Einteilungen umstritten, da sie auf der Morphologie und nicht auf ökologischen Merkmalen basieren. Darüber hinaus stehen sie im Widerspruch zu Standardklassifizierungen auf DNA-Sequenzbasis, die auf eine Art mit komplexen und variablen Ökologien schließen lassen.

Basierend auf der Arbeit der OU-Biologiedoktorandin Katherine Cook, die 2020 in Limnology & Oceanography veröffentlicht wurde, stellte die Gruppe die Hypothese auf, dass Microcystis und sein Mikrobiom eine koevolutionäre Gemeinschaft komplementär interagierender Bakterienarten (ein Interaktom) seien, von denen jede für den Erfolg notwendig sei die Anderen. Ihr Ziel war es, die genetische Ausstattung von Microcystis aus der ganzen Welt anhand von 122 veröffentlichten Gesamtgenomen zu untersuchen und Vorhersagen über mögliche Stoffwechselfunktionen zu treffen, die von den Mikrobiombakterien bereitgestellt werden könnten. Ihre Arbeit stellt die Grundlage für dieses Ziel in Form einer robusten taxonomischen Klassifizierung dar, einschließlich evolutionärer Beziehungen.

Die Arbeit wurde von der National Science Foundation finanziert. Hambright und Krumholz sind die Hauptforscher zusammen mit den Mitarbeitern Hans Paerl von der University of North Carolina, Morgan Steffen von der James Madison University und Alan Wilson von der Auburn University. Der Großteil der bioinformatischen Analysen in diesem Artikel wurde von OU-Postdoktorand Haiyuan Cai mit Unterstützung des OU-Doktoranden Chris McLimans durchgeführt. Die zusätzliche Datenanalyse wurde von OU-Wissenschaftsprofessorin Jessica Beyer unterstützt.

– Diese Pressemitteilung wurde von der University of Oklahoma bereitgestellt