七鳃鳗胆汁酸类性信息素结构类似物对嗅觉与行为反应的调控机制及入侵种群管理应用研究

为解决入侵物种海七鳃鳗（Petromyzon marinus）的防控难题，研究人员系统解析了性信息素3-酮基七鳃鳗醇硫酸酯（3kPZS）的结构类似物对嗅觉电生理（EOG）和行为反应的影响。研究发现C-24位硫酸化类似物可产生与3kPZS相当的嗅觉响应，而多硫酸化修饰（如C-3,7,12位）可逆转雌性吸引力，为开发基于信息素干扰的种群控制策略提供新思路。

　　

在北美五大湖流域，入侵物种海七鳃鳗（Petromyzon marinus）的泛滥对渔业生态造成了持续威胁。这种古老的无颌脊椎动物在繁殖期间依赖复杂的化学通信系统：雄性释放的性信息素3-酮基七鳃鳗醇硫酸酯（3-keto petromyzonol sulfate, 3kPZS）可引导排卵雌体溯河至产卵场。然而，当前对信息素分子结构与生物活性间关系的理解仍不充分，限制了基于行为干扰的防控策略的开发。

为此，密歇根州立大学的Anne M. Scott团队在《Journal of Comparative Physiology A》发表了一项系统研究，通过设计11种保留3kPZS核心结构但携带不同硫酸基取代的类似物，结合电生理记录与双选择行为实验，揭示了功能基团修饰对七鳃鳗嗅觉识别与行为导向的深层影响。

研究团队主要采用了三种关键技术方法：一是通过半制备高效液相色谱（HPLC）和凝胶层析纯化自定义合成的胆汁酸类似物，确保化合物纯度≥95%；二是利用电嗅觉图（electro-olfactogram, EOG）技术测量成年七鳃鳗嗅觉上皮对各类刺激物的响应，并以10^–5 M L-精氨酸为标准化内参；三是通过双选择水槽行为实验（two-choice flume assay）评估排卵雌鱼对单一化合物及与3kPZS混合物的行为偏好，实验用水来自实际栖息河流，以避免背景信息素干扰。

一、EOG响应揭示结构?活性关系

所有类似物均能诱发不同程度的嗅觉响应，但3kPZS、PZS（petromyzonol sulfate）及PZ-3,24 S（双硫酸化类似物）的响应强度最高，约为其他化合物的两倍。关键结构特征分析表明：C-7和C-12位的羟基、C-24位的硫酸基是维持高响应强度的关键；将C-3位羟基替换为酮基或硫酸基会降低响应效能；而去除C-24硫酸基则显著削弱响应强度。多硫酸化化合物（如PZ-3,7,12,24 S）普遍引发较低响应，说明硫酸基的增加可能抑制受体激活。

二、类似物对3kPZS嗅觉响应的抑制效应

跨适应实验表明，PZS和PZ-3,24 S可分别抑制93%与65%的3kPZS诱发响应，显示它们与3kPZS共享嗅觉受体或转导通路。羟基位于C-7、C-12且C-24为硫酸基的类似物抑制效应最强，而C-3位为羟基的化合物（如PZS）比酮基或硫酸基取代者（如3kPZ）具有更强抑制能力。值得注意的是，PZ-7,12,24 S虽自身响应较弱，却能抑制35%的3kPZS响应，提示其可能作为部分受体拮抗剂。

三、行为效价：从吸引到逆转

在双选择水槽中，3kPZS显著吸引排卵雌鱼（P < 0.001），而PZS和四硫酸化化合物PZ-3,7,12,24 S则引发回避行为。一些类似物（如PZ-3,24 S与PZ-12,24 S）单独使用时也表现出吸引活性。当与3kPZS混合时，PZ-7,12,24 S、PZ和PZ-3,7,12,24 S完全逆转雌鱼偏好，使它们显著避开实验通道；而3kPZ-7,12,24 S、PZ-3,12,24 S等则中和了3kPZS的吸引作用。行为结果与EOG数据高度一致，表明结构修饰可直接改变信息素的行为效价。

四、讨论与意义

该研究首次系统阐明了硫酸基在胆汁酸类信息素中的功能位点特异性，揭示C-24硫酸化是维持嗅觉效力的关键，而多硫酸化（尤其在C-3、C-7、C-12位）则倾向于逆转行为反应。这些发现不仅深化了对七鳃鳗嗅觉编码机制的理解——尤其是受体OR320a与OR320b的配体选择性——也为开发行为干扰型防控剂提供了直接依据。

目前，研究团队正推动后续工作，旨在验证这些拮抗剂在自然河流环境中的效果，并优化分子结构以提升其干扰效能。该策略有望成为五大湖海七鳃鳗综合治理的新组成部分，通过破坏其繁殖期化学通信，实现种群行为的精准调控。

总之，这项研究从化学生态学与行为生理学角度，为入侵物种的绿色防控提供了新颖且具有应用潜力的科学路径。