棘冠海星棘刺分泌蛋白家族对其成年个体行为的调控研究：开启生物防治新征程

为控制棘冠海星（CoTS）爆发，研究人员分析其棘刺基因表达，发现 Acanthaster attractins 蛋白可改变其行为，为生物防治提供新途径。

　　# 棘冠海星棘刺分泌蛋白家族的研究：珊瑚礁保护新希望
在广袤的海洋世界里，珊瑚礁犹如绚丽的海底花园，是众多海洋生物的家园。然而，近年来，一种名为棘冠海星（Crown-of-thorns starfish，CoTS；学名 Acanthaster cf. solaris ）的生物却成为了珊瑚礁的 “噩梦”。它们以珊瑚为食，大量繁殖导致珊瑚礁遭受严重破坏，这不仅影响了珊瑚礁生态系统的健康，还削弱了珊瑚礁应对气候变化的能力。目前，手动捕杀是控制棘冠海星数量的主要方法，但这种方式既耗费人力又成本高昂。因此，寻找一种更有效的控制方法迫在眉睫。

在这样的背景下，来自澳大利亚海洋科学研究所（Australian Institute of Marine Science，AIMS）、阳光海岸大学（University of the Sunshine Coast）等机构的研究人员开展了一项重要研究。该研究成果发表在《iScience》杂志上，为解决棘冠海星泛滥问题带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先是基因表达分析技术，对不同生殖阶段的棘冠海星棘刺进行 RNA 测序（RNA-seq），以确定差异表达基因。其次是蛋白质组学技术，分析棘冠海星条件培养液中的蛋白质成分。最后，通过行为学实验，使用合成肽混合物测试其对棘冠海星行为的影响。

研究结果

1. CoTS 棘刺在化学通讯中的关键作用：研究人员对棘冠海星生殖期和非生殖期棘刺进行了差异基因表达分析。结果显示，生殖期有 686 个基因显著上调，非生殖期有 228 个基因显著上调。在生殖期，与催化、水解和转移酶活性相关的基因较为突出，其中包括一些可能编码嗅觉受体（olfactory receptors，ORs）的 G 蛋白偶联受体（G-protein coupled receptors，GPCR）基因，如谷氨酸受体 2（oki.31.225）。这表明在生殖期，棘冠海星可能需要更敏锐地感知环境中的化学信号。而在非生殖期，研究发现了 7 个高度相关的基因，编码的蛋白质属于一个未被表征的分泌蛋白家族，且这些蛋白似乎是 Acanthaster 属特有的，在其他组织中低表达或不表达12。
2. 合成肽实验证实信息素生物活性：基于预测的前体切割位点和检测到的肽片段，研究人员制备了合成肽变体。通过盐水虾致死生物测定发现，合成肽混合物（synthetic peptide mixture，SPM）在 100 pM、10 mM 和 100 mM 浓度下对盐水虾无明显毒性。在双电流选择水槽行为测定中，当暴露于 1 nM 的 SPM 时，成年棘冠海星表现出显著的趋化性变化，减少了迂回行为，增加了在含有 SPM 水流区域的停留时间。这表明该蛋白家族可能在化学通讯中发挥作用，研究人员将其命名为 Acanthaster attractins，推测它们可能是一组同种信息素，能刺激同种个体聚集，但这一功能仍有待进一步验证34。
3. Acanthaster attractins 在控制管理中的应用前景：鉴于非生殖期棘冠海星对 Acanthaster attractins 表现出正向趋化性，研究人员认为有必要进一步探索其在棘冠海星半化学控制中的应用，以辅助人工捕杀工作。未来研究需要确定 Acanthaster attractins 分子的最佳比例、吸引多个棘冠海星个体的效率、季节性功效以及对其他礁栖生物的影响，从而拓展半化学生物防治在珊瑚礁环境中的实用性5。

研究结论与讨论

这项研究取得了重要成果。研究人员在棘冠海星棘刺中发现了许多差异表达基因，包括生殖期的嗅觉受体相关基因，这暗示了棘刺在化学感受中的重要作用。同时，鉴定出的 Acanthaster attractins 蛋白家族，经合成肽实验表明其无毒性，但能显著改变非生殖期成年棘冠海星的行为。这表明棘冠海星的棘刺在化学通讯中扮演着关键角色，既能够释放化学信号，又能通过高度表达的受体进行检测。

此外，Acanthaster attractins 有潜力作为半化学控制剂，辅助人工捕杀棘冠海星，为解决棘冠海星爆发问题提供了新的方向。不过，该研究也存在一定局限性，例如实验在实验室环境中进行，与野外环境可能存在差异，且野生样本存在个体差异，需要更大的样本量进行研究。但总体而言，这项研究为珊瑚礁保护提供了新的思路和潜在工具，具有重要的理论和实践意义，有望在未来的珊瑚礁生态保护中发挥重要作用。