珊瑚礁生态系统中药用生物的化学防御物质及其化学生态效应

海洋生物依赖其体内产生的次级代谢产物维系着物种生存和种群结构，并影响着生态体系的平衡。珊瑚礁生态系统中的珊瑚、海绵等低等无脊椎动物缺乏物理防御能力，是依靠化学防御策略生存的典型代表。本项目拟选择具有重要生物功能的珊瑚、海绵等代表性物种(8-10种)及其共附生微生物(8-10株)，利用化学防御活性模型（抗藤壶污损、抗海洋污损菌、抑制赤潮藻生长等）和评价方法，追踪分离、鉴定化学防御化合物，分析构效关系，在细胞和分子水平上阐释其作用机制；比较分析共附生微生物与宿主化学防御物质的生源关系，探讨海洋无脊椎动物与其他生物相生相克关系的化学本质；在实验室和野外现场评价和验证化学防御化合物的化学生态学作用和环境效应，阐释物种间生态作用的化学内涵及其规律。从化学视角探讨珊瑚礁生物群落的化学生态效应，对保护和恢复海洋生态平衡具有重要的科学价值和现实意义。

以中国南海珊瑚礁生态系统中缺乏物理防御能力的低等无脊椎动物为对象，针对礁栖无脊椎动物及其共附生微生物，采用化学防御活性模型，运用色谱和波谱技术，活性追踪分离鉴定化学防御物质，分析化合物的化学结构、生物活性、构效关系及生源途径，探讨了化学生态效应的分子基础。对60种礁栖无脊椎动物及其共附生微生物，包括21种柳珊瑚、软珊瑚、海绵、海鞘、海葵、海兔和39株共附生真菌、细菌，进行活性化合物追踪分离鉴定，获得500余个单体化合物，其中210个为新化合物，涵盖10余种结构类型，包括大环内酯、异香豆素、生物碱、二萜、倍半萜、蒽醌、多羟基甾体等化合物及其衍生物。发现抗污损、鱼毒性、杀虫、抗菌等化学防御化合物150个，其中强活性化合物38 个。采用iTRAQ标记定量蛋白组技术，探讨了并发现了代表性RAL大环内酯化合物通过激活NO/cGMP 途径抑制藤壶幼虫附着独特的分子机制。对抗污损大环内酯类化合物和吲哚生物碱类化合物，运用野外挂板试验，在海区进行了现场实地试验，验证了活性化合物的化学生态效应。研究表明，珊瑚礁低等无脊椎动物在激烈的生存竞争中演化形成了独特的化学防御机制，依靠小分子次级代谢产物发挥化学生态效应，特别地，海洋无脊椎动物体内的共附生微生物可能参与了宿主的化学防御。本研究结果有助于高效、低毒、环境友好型防污剂的开发，为保护海洋生态系统和生态安全提供科学依据。研究还发现，具有防污着、鱼毒性、卤虫致死、杀虫等化学生态作用的化合物，往往具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗疟等药理作用，这对基于化学生态学的海洋药用生物及药物先导化合物定向发现具有科学启迪作用。已发表论文69篇，其中SCI收录论文65篇，包括在Green Chem., Org. Lett., J. Org. Chem., Mar. Biotech., Biofouling, J. Nat. Prod., J. Agric. Food Chem., Mar. Drugs等本学科国际主流杂志发表一区/二区论文33篇。申请国家发明专利和PCT专利16项，其中已获授权6项。