近日，中国科学院海洋研究所唐赢中研究员团队与闽南师范大学林思恒副教授等合作研究发现：甲藻依赖维生素B₁₂才能生长只因为一种不完整的甲硫氨酸合成酶基因或完全缺失。该研究成果发表在Fundamental Research。

海洋甲藻是一类单细胞真核原生生物，除了贡献大量近海初级生产力之外，75%以上的海洋有害藻华（俗称赤潮）都是由甲藻引起，且所有有害藻华种类中40%是甲藻。富营养化是赤潮最重要的环境驱动因子之一，但早期研究多集中在氮、磷、硅等所谓大量营养元素，甚少关注微量或痕量营养物如维生素等可能成为赤潮驱动因子。我们在2010年证明>92%以上的甲藻都是维生素B₁₂营养依赖型（auxotroph），即必需但不能自己合成维生素B₁₂，且众多现场研究表明维生素B₁₂可能是赤潮重要的驱动、触发因子。因此，甲藻对维生素B₁₂营养依赖的遗传学基础成为一个对有害藻华生态学具有重要意义的研究课题。本研究通过对实验室大量甲藻纯培养藻株的基因克隆、基因表达分析、生理学实验验证和基于本实验室获得及搜索公开数据库获得的相关基因的生物信息学分析来回答上述科学问题。研究发现：1）依赖维生素B₁₂的甲硫氨酸合成酶基因metH 存在于所有甲藻，且其表达明显受到外源维生素B₁₂水平的负反馈调控；2）在研究的58种甲藻中的40个中克隆出不依赖于维生素B₁₂的另一种甲硫氨酸合成酶基因metE , 但它们都缺少N端结构域，它们不仅在不同外源维生素B₁₂水平下的表达完全不同于那些在别的生物中已被确证功能的metE , 而且在系统进化树上也与其它生物中具有正常功能的metE 基因形成不同的分枝（图1所示）。因此，研究结果表明绝大多数甚至全部甲藻对维生素B₁₂的依赖性营养都缘于其metE缺失N端结构域，或者少数种类完全缺失metE 基因，从而甲硫氨酸合成只能由需要B₁₂为辅酶的合成酶metH完成，也即甲藻必须依赖外源维生素B₁₂营养才能存活。这一研究成果不仅为甲藻的维生素B₁₂依赖性营养提供了遗传学基础的解释，也对甲藻及其引起的赤潮从营养生态学角度获得了重要认识。  

图1 基于甲藻和其它物种METE 基因的蛋白序列的最大似然系统进化树。