古老的薄荷科草本植物家族又一次带来了医学进步的可能性

薄荷科草本植物,包括鼠尾草、迷迭香、罗勒,甚至像柚子这样的木本植物,一直以来都为我们的嗅觉和味觉提供刺激。密歇根州立大学的研究人员发现,这些植物的进化通过其化学的演变使其专门的自然特徵多样化,为未来在医药和杀虫剂生产等领域的应用提供了可能性。

薄荷科,也被称为Lamiaceae,是一个多样化的草药组,被广泛用於烹饪、药用和观赏目的。该科由7000多个物种组成,包括罗勒、迷迭香、百里香、薄荷和鼠尾草等流行草药。

自然科学学院副教授兼医学博士James K. Billman Jr.捐赠教授Bj?rn Hamberger说:”人们很容易认识到薄荷家族成员的专门代谢物。代谢物是植物保护自己的一种有效方式。”

自2016年以来,Hamberger一直在研究植物中被称为萜类的特殊代谢物,它们在保护植物不受捕食者和病原体侵害方面至关重要,也是绿色和可持续农业化学品、抗氧化剂、化妆品和香料的常见成分。

Hamberger与Robin Buell合作,Robin Buell曾是MSU的基因组学研究员,现在在乔治亚大学工作,他对几种薄荷植物基因组进行了测序。与Buell团队的合作使Hamberger的研究生Abigail Bryson和Emily Lanier发现了薄荷家族的几个基因组是如何演变的,以及这些化学成分是如何在过去6000万到7000万年中出现的。

在几百万年里,植物已经适应并进化了它们茁壮成长的特定壁龛,这意味着这些化学成分是多样化的,并且显然已经适应了它们的环境。因此,我们试图识别和发现植物制造的这些特殊代谢物的途径。

采取跨学科的方法,Bryson确定了萜类生物合成的基因组组织,分析了化学途径。研究人员在薄荷家族的基因组中发现了一些非常不寻常的东西。它包含一个大型的生物合成基因簇。生物合成基因群是一组在基因组中位於一起的基因,它们参与了相同的代谢途径。这些基因就像项链上的各个珍珠–独立而又相连。此外,布赖森和拉尼尔在薄荷家族的其他六个物种中发现了这种BGC的变体。

“我们正在学习,基因在基因组中的物理位置是很重要的,”Bryson说。”它可以推动植物中专门的代谢途径的进化,带来有趣的天然植物化合物的巨大多样性。”

BGC在细菌世界中是众所周知的,但它们在植物中的作用还没有被完全理解。薄荷科植物的BGC簇包含编码两种不同萜类途径的基因。研究小组发现这些萜类化合物在植物的不同部位积累,如叶子和根部,并可能在适应中发挥不同的作用。

Lanier说:”他们基於同一个基础分子,但每个物种都在制造自己的版本,并以不同的方式对其进行修改,以适应它们的生存需要。”就像每个人都有一份食谱,并根据他们的要求和喜好进行改变。

以前的研究催生了薄荷植物的独特医疗用途。例如,印度毛喉鞘蕊花可作为青光眼的天然治疗方法,德克萨斯鼠尾草是一种天然的抗菌剂,对结核病有效。团队发现的新的分子适应性为薄荷家族的天然植物产品的未来应用打开了大门。

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