基于环境DNA和环境RNA的硅藻rbcL基因快速等温扩增揭示其丰度和光合生理特征

硅藻是海洋初级生产力的重要贡献者，然而，目前用于监测其丰度和功能的方法主要依赖分辨率较低的卫星叶绿素估算，或数量稀疏的细胞计数与碳固定测量。分子标志物为通过环境DNA（eDNA）和环境RNA（eRNA）分析，以高分辨率测定硅藻丰度和代谢活性提供了一种有前景的方法。我们提出了一种等温定量重组酶聚合酶扩增（qRPA）检测方法，以海洋硅藻的rbcL基因拷贝及其转录本为靶标，该方法在低温下运行，并可在15 min内获得结果。我们首先在多种硅藻类群中验证了该方法的特异性并进行了校准，随后将其应用于意大利那不勒斯湾Mare Chiara长期生态研究站点的eDNA和eRNA样品，同时结合显微镜观测、叶绿素、理化参数和碳固定数据开展分析。尽管群落组成存在季节性变化，硅藻rbcL DNA仍能在五个数量级范围内反映其丰度。分子数据与光学数据相结合表明，低光照冬季种群的单细胞rbcL拷贝数和叶绿素含量均有所增加，这说明尽管丰度较低，其光合能力可能得到增强。此外，rbcL RNA能够反映总体碳固定速率，并识别出碳固定活性存在差异的种群。这些结果表明，基于RPA的快速rbcL定量方法是开展生物分子海洋观测的一种稳健手段。

硅藻是海洋初级生产力的重要贡献者，然而，目前用于监测其丰度和功能的方法主要依赖分辨率较低的卫星叶绿素估算，或稀疏的细胞计数和碳固定测量。分子标志物为通过环境DNA（eDNA）和环境RNA（eRNA）分析，以高分辨率测量硅藻丰度和代谢活性提供了一种有前景的方法。我们建立了一种等温定量重组酶聚合酶扩增（qRPA）检测方法，以海洋硅藻的rbcL基因拷贝及其转录本为靶标，在低温条件下运行，并可在15 min内获得结果。我们首先在多种硅藻类群中验证了该方法的特异性并进行了校准，随后将其应用于意大利那不勒斯湾Mare Chiara长期生态研究站点的eDNA和eRNA样品，同时结合显微镜观察、叶绿素、理化参数及碳固定数据开展分析。尽管群落组成随季节发生变化，硅藻rbcL DNA在五个数量级范围内均能反映其丰度。结合分子和光学数据发现，低光照冬季种群中单个细胞的rbcL拷贝数和叶绿素含量均有所增加，这表明尽管丰度较低，其光合能力却可能得到增强。此外，rbcL RNA能够反映总体碳固定速率，并识别出碳固定活性存在差异的种群。这些结果表明，基于RPA的快速rbcL定量方法是开展海洋生物分子观测的一种稳健手段。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.30.748096v1?rss=1

🏷️ 环境DNA 环境RNA 硅藻 rbcL基因 等温扩增 光合生理