TTX合成相关基因在河鲀体内各种产TTX共生细菌间的水平转移规律

与河鲀等共生的细菌具有生产河鲀毒素（TTX）的能力，而对于河鲀等含TTX的真核生物是否具有合成TTX的能力,目前还没有定论。此外，目前也不清楚TTX生物合成的具体途径。进化关系不是很密切的细菌具有产TTX能力，表明与TTX生物合成相关的基因主要通过水平转移方式在细菌间进行传递，前期的研究显示这种水平转移方式与接合性质粒有关，可极大地缩小TTX合成相关基因的筛选范围。本项目拟通过分析一株产TTX气单胞菌的接合性质粒序列，通过缺失突变的功能分析，鉴定出与TTX合成相关的基因。调查河鲀基因组中是否具有该基因，明确河鲀自身是否具有合成TTX的能力，调查TTX合成相关基因在河鲀体内各种产TTX共生细菌中的分布情况，确定该基因在产TTX细菌之间的水平转移规律，为进一步明确河鲀TTX来源，理解TTX生物合成途径和产TTX细菌间的基因水平转移机制提供理论基础。

河鲀毒素在河鲀等鲀毒鱼类中具有重要的生态作用，河鲀毒素本身也是重要的潜在临床药物，但目前人们对河鲀毒素生物合成的底物和合成所需的酶都非常不清楚，使人们难以确定鲀毒鱼类本身是否具有合成河鲀毒素的能力，也不清楚如何使细菌能高效生产河鲀毒素，以及理解不同产河鲀毒素细菌之间存在的基因水平转移的现象。本项目发现一株产河鲀毒素的气单胞菌质粒的拷贝数与其产毒能力密切相关，发现该质粒基因组中含有成套的可编码IV型分泌系统移动遗传元件，表明此株产河鲀毒素细菌具有潜在的接合和传染能力,不同产河鲀毒素细菌的转录组中也发现存在移动遗传元件，表明产河鲀毒素细菌之间具有基因水平转移现象。更为重要的是，在不同产河鲀毒素细菌的转录组中我们共鉴定出与28个与河鲀毒素合成通路相关的基因，这些基因中并不包括与贝类毒素合成相关的酶，如脒基转移酶、非核糖体肽合成酶、聚酮合酶，表明河鲀毒素虽然结构和贝类毒素类似，但合成通路差异较大。这么多基因跟河鲀毒素相关，表明河鲀毒素合成需要多个步骤，而不太可能是由脂糖或异戊烯焦磷酸基团连接到精氨酸上一步就可生成的。这28个基因也没有在红鳍东方鲀基因组中存在同源基因，提示河鲀本身不可能具有全套合成河鲀毒素的能力。精氨酸被推测为河鲀毒素的底物，本研究通过在培养基中添加L-精氨酸或其前体谷氨酸，发现能提高细菌产河鲀毒素的能力，进一步的同位素示踪标记的谷氨酸，能基本确定谷氨酸可能作为精氨酸的底物，成为河鲀毒素合成的前体。本项目这些结果，大大推进了对河鲀毒素合成通路的底物及合成酶的了解，为全面揭示细菌合成河鲀毒素的合成通路奠定了非常好的基础，较好地完成了项目的预期目标。此外，本项目意外发现产河鲀毒素的气单胞菌同时具有降解河鲀毒素的能力，表明产细菌体内存在维持河鲀毒素数量稳定的未知机制。另外，首次从累毒鱼类云斑裸颊虾虎鱼中分离到2株产河鲀毒素的细菌，表明云斑裸颊虾虎鱼体内的河鲀毒素也是细菌来源，丰富了人们关于鲀毒鱼类与产河鲀毒素细菌之间共生关系的理解。