Abstract The Winam Gulf (Kenya) is frequently impaired by cyanobacterial harmful algal blooms (cHABs) due to inadequate wastewater treatment and excess agricultural nutrient input. While phytoplankton in Lake Victoria have been characterized using morphological criteria, our aim is to identify potential toxin‐producing cyanobacteria using molecular approaches. The Gulf was sampled over two successive summer seasons, and 16S and 18S ribosomal RNA gene sequencing was performed. Additionally, key genes involved in production of cyanotoxins were examined by quantitative PCR. Bacterial communities were spatially variable, forming distinct clusters in line with regions of the Gulf. Taxa associated with diazotrophy were dominant near Homa Bay. On the eastern side, samples exhibited elevated cyrA abundances, indicating genetic capability of cylindrospermopsin synthesis. Indeed, near the Nyando River mouth in 2022, cyrA exceeded 10 million copies L −1 where there were more than 6000 Cylindrospermopsis spp. cells mL −1 . In contrast, the southwestern region had elevated mcyE gene (microcystin synthesis) detections near Homa Bay where Microcystis and Dolichospermum spp. were observed. These findings show that within a relatively small embayment, composition and toxin synthesis potential of cHABs can vary dramatically. This underscores the need for multifaceted management approaches and frequent cyanotoxin monitoring to reduce human health impacts.

Sandusky Bay is the drowned mouth of the Sandusky River in the southwestern portion of Lake Erie. The bay is a popular recreation location and a regional source for drinking water. Like the western basin of Lake Erie, Sandusky Bay is known for being host to summer cyanobacterial harmful algal blooms (cHABs) year after year, fueled by runoff from the predominantly agricultural watershed and internal loading of legacy nutrients (primarily phosphorus). Since at least 2003, Sandusky Bay has harbored a microcystin-producing bloom of Planktothrix agardhii, a species of filamentous cyanobacteria that thrives in low light conditions. Long-term sampling (2003-2018) of Sandusky Bay revealed regular Planktothrix-dominated blooms during the summer months, but in recent years (2019-2022), 16S rRNA gene community profiling revealed that Planktothrix has largely disappeared. From 2017-2022, microcystin decreased well below the World Health Organization (WHO) guidelines. Spring TN:TP ratios increased in years following dam removal, yet there were no statistically significant shifts in other physicochemical variables, such as water temperature and water clarity. With the exception of the high bloom of Planktothrix in 2018, there was no statistical difference in chlorophyll during all other years. Concurrent with the disappearance of Planktothrix, Cyanobium spp. have become the dominant cyanobacterial group. The appearance of other potential toxigenic genera (i.e., Aphanizomenon, Dolichospermum, Cylindrospermopsis) may motivate monitoring of new toxins of concern in Sandusky Bay. Here, we document the regime shift in the cyanobacterial community and propose evidence supporting the hypothesis that the decline in the Planktothrix bloom was linked to the removal of an upstream dam on the Sandusky River.

ABSTRACT The Winam Gulf in the Kenyan region of Lake Victoria experiences prolific, year-round cyanobacterial harmful algal blooms (cyanoHABs) which pose threats to human, livestock, and ecosystem health. To our knowledge, there is limited molecular research on the gulf’s cyanoHABs, and thus, the strategies employed for survival and proliferation by toxigenic cyanobacteria in this region remain largely unexplored. Here, we used metagenomics to analyze the Winam Gulf’s cyanobacterial composition, function, and biosynthetic potential. Dolichospermum was the dominant bloom-forming cyanobacterium, co-occurring with Microcystis at most sites. Microcystis and Planktothrix were more abundant in shallow and turbid sites. Metagenome-assembled genomes (MAGs) of Dolichospermum harbored nitrogen fixation genes, suggesting diazotrophy as a potential mechanism supporting the proliferation of Dolichospermum in the nitrogen-limited gulf. Over 300 biosynthetic gene clusters (BGCs) putatively encoding the synthesis of toxins and other secondary metabolites were identified across the gulf, even at sites where there were no visible cyanoHAB events. Almost all BGCs identified had no known synthesis product, indicating a diverse and novel biosynthetic repertoire capable of synthesizing harmful or potentially therapeutic metabolites. Microcystis MAGs contained mcy genes encoding the synthesis of hepatotoxic microcystins which are a concern for drinking water safety. These findings illustrate the spatial variation of bloom-forming cyanobacteria in the Winam Gulf and their available strategies to dominate different ecological niches. This study underscores the need for further use of genomic techniques to elucidate the dynamics and mitigate the potentially harmful effects of cyanoHABs and their associated toxins on human, environmental, and economic health.