棘冠海星是大规模产卵者,容易发生种群暴发,导致珊瑚礁被破坏和生物多样性的显著降低。这些突发事件对珊瑚礁健康和康复的影响比珊瑚白化和疾病的影响更大,并使珊瑚礁更容易受到例如严重风暴等有害事件的影响。要在特定区域内缓解棘冠海星暴发,须制定针对特定物种的规划。在这种情况下,促进棘冠海星产卵聚集的特定引诱剂具有作为生物防治剂的巨大潜力。像许多其他海洋无脊椎动物一样,棘冠海星主要依靠它们的化学感觉系统来探测在繁殖过程中来自猎物、捕食者和同种动物的信号。那么,这种引诱剂到底是什么呢?又如何利用其特性进行生物防治呢?
a. 棘冠海星在珊瑚礁上捕食(the Australian Institute of Marine Science);b. 棘冠海星和它们的天敌——法螺(Oceanwide Images) / Hall等,2017
研究人员分别对来自大堡礁和冲绳相隔 5000 多千米的两个野生捕获个体做了基因组测序,利用质谱法对聚集的棘冠海星释放到周围海水中的蛋白质和肽进行测序并将这些序列定位到基因组,最终确定了棘冠海星聚集情况下释放的基因表达产物。
检测到的基因表达产物中,编码分泌蛋白质的基因在脊柱、体壁和口腔等组织中表达。其中有 40 种是水解酶,37 种蛋白质与已知的分泌信号和结构蛋白相关,包括 15 种室管膜素相关蛋白(ependymin-related protein,EPDR)。除此之外,棘冠海星基因组中还有 11 种EPDR基因高表达,表明 EPDR 可能在同种交流中发挥作用。EPDR 在脊椎动物中起着信号分子的作用。转录组结果也支持 EPDR 在海星通信中的作用。
在 Y 迷宫实验中,暴露于含有假定引诱剂的海水中时,初始静止不动的棘冠海星变得高度活跃,并向假定引诱剂海水源方向移动,与在一定距离内棘冠海星生物聚集过程中检测到的被释放水源性因素一致。这说明这些释放因子可有效吸引棘冠海星大规模聚集,以方便批量消除棘冠海星,这是采取相关生物防治措施的潜在基础。EPDR 模拟物则可能会是未来生物防治的重要工具。
Y 迷宫实验及转录组表达/ Hall等,2017
有趣的是,这 26 种EPDR的序列相似度很低。这个基因家族在海星中独特地扩展成 2 个大分支至少 8 个同源类群,已确定的海星同源物几乎没有序列相似性,这表明EPDR已经迅速进化,产生了假定的物种特异性交流因子谱。因此,对于不同物种可能需要不同的生物防治措施。
EPDR基因家族多样化。红色:棘冠海星;橙色:其他海星;深绿色:海胆;浅绿色:半索动物;粉色:软体动物;紫色:环节动物;黑色:刺胞动物;蓝色:脊椎动物 / Hall等,2017
参考文献
Hall M R, Kocot K M, Baughman K W, et al. 2017. The crown-of-thorns starfish genome as a guide for biocontrol of this coral reef pest[J]. Nature, 544: 231-234.
文中部分图片版权来源不详,无法与著作权人一一取得联系,未能及时支付稿酬,在此表示由衷的歉意。有关著作权人可与我们联系。