古老的烹饪植物，被人忽略的新药

　　

薄荷科，也被称为Lamiaceae，是一组广泛用于烹饪、药用和观赏的草本植物。该家族由7000多种植物组成，包括罗勒、迷迭香、百里香、薄荷和鼠尾草等流行草药。薄荷家族的草本植物，包括鼠尾草、迷迭香、罗勒，甚至像柚木这样的木本植物，都能刺激我们的嗅觉和味觉。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成分的进化使其特殊的自然特征多样化，为未来在医药和农药生产等领域的应用开辟了可能性。

自2016年以来，然科学学院的教授James K. Billman Jr.医学博士Hamberger副教授一直在研究植物中被称为萜类化合物的特殊代谢物，萜类化合物对于保护植物免受捕食者和病原体的侵害至关重要，也是绿色和可持续农业化学品、抗氧化剂、化妆品和香水的常见成分。

Hamberger与Robin Buell合作，Robin Buell曾是密歇根州立大学的基因组学研究员，现在在佐治亚大学工作，他对几种薄荷植物基因组进行了测序。这次与Buell团队的合作带领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进化的，以及这些化学物质是如何在过去的6000万到7000万年中出现的。

“人们很容易就能识别出薄荷家族的特殊代谢物，”Hamberger说。“代谢物是植物保护自己的有效方式，因为它们无法逃跑。在数百万年的时间里，植物已经适应和进化到它们茁壮成长的特定生态位，这意味着这些化学物质是多样化的，并且已经明显适应了它们的环境。所以，我们试图识别和发现植物产生这些特殊代谢物的途径。”

采用跨学科的方法，Bryson确定了萜类生物合成的基因组组织，Lanier分析了化学途径。在薄荷科的美莓基因组中发现了一些极不寻常的东西。它有一个巨大的生物合成基因簇。BGC是一组位于基因组中紧密相连的基因，参与相同的代谢途径。这些基因就像项链上单独的珍珠——分开却又相连。此外，在薄荷家族的其他六种物种中发现了这种BGC的变体。

“我们正在了解基因在基因组中的物理位置是很重要的，”Bryson说。“它可以推动植物中特殊代谢途径的进化，从而产生多种有趣的天然植物化合物。”

BGCs在细菌世界中是众所周知的，但它们在植物中的作用还不完全清楚。美莓属植物的BGC簇含有编码两种不同萜类途径的基因。研究小组发现，这些萜类化合物积聚在植物的不同部位，如叶子和根，并可能在适应中发挥不同的作用。Lanier说:“这是相同的基础分子，但每个物种都在制造自己的版本，并以不同的方式进行修改，以适应它们的生存需要。”

Hamberger将其描述为一个食谱，每个人都有一份，并根据自己的需求和喜好进行更改。

先前的研究已经使薄荷植物具有独特的医疗用途。例如，印度鸢尾草可以作为青光眼的天然疗法，德克萨斯鼠尾草是一种天然抗菌剂，对结核病有效。Hamberger和他的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。Hamberger说:“我们的团队一直对薄荷家族中的机会感到兴奋。“这些薄荷酶，就像在美国美莓植物中一样，使我们能够在实验室中制造植物天然产品，包括——希望在未来——天然的好闻驱蚊剂。”

参考文献:“Uncovering a miltiradiene biosynthetic gene cluster in the Lamiaceae reveals a dynamic evolutionary trajectory” by Abigail E. Bryson, Emily R. Lanier, Kin H. Lau, John P. Hamilton, Brieanne Vaillancourt, Davis Mathieu, Alan E. Yocca, Garret P. Miller, Patrick P. Edger, C. Robin Buell and Bj?rn Hamberger, 20 January 2023, Nature Communications