遗传分析揭示了Catmint AKA Catnip迷人的进化起源

猫薄荷散发出荆芥内酯的气味，在性成熟的猫中引发一种摇头丸：他们对猫薄荷植物闻起来很高，在地板上滚动并表现出异常的嬉戏行为。

研究人员发现了猫引诱物荆芥内酯的进化起源。

猫薄荷，也称为猫薄荷，以其对猫的陶醉作用而闻名。引起猫奇怪行为的气味是荆芥内酯，荆芥内酯是一种由猫薄荷产生的挥发性虹彩。

现在，一个国际研究人员团队通过基因组分析发现，在进化过程中，薄荷类动物的祖先已经丧失了产生虹彩动物的能力。因此，荆芥内酯的生物合成是“反复进化”的结果。然而，这种特定的鸢尾类化合物在其化学结构和性质以及最有可能的生态功能方面与该类天然产物中的其他化合物有很大的不同（科学进展）。

烯类化合物是萜烯类的植物次生代谢产物。许多植物产生这些物质来防御草食动物或保护自己免受病原体的侵害，其中许多植物是薄荷科（唇形科）的。亚麻科的一个物种特别丰富的亚科的祖先，其中包括许多著名的草药，如罗勒，牛至，迷迭香，柠檬香脂和薄荷，在进化过程中丧失了产生类虹彩的能力。 。

但是，有一个重要的例外：荆芥属，称为猫薄荷或猫薄荷。薄荷植物产生的虹彩植物包括一种非常特殊的形式：荆芥内酯，一种已知能激发猫的挥发性物质。据推测，它的实际功能是阻止草食动物尝试以猫为食。

猫薄荷（Nepeta cataria），也称为猫薄荷，来自荆芥属，属于唇形科。它以对猫的作用而闻名。但是，尚不清楚猫为什么对气味荆芥内酯有反应。

由德国耶拿马克斯·普朗克化学生态研究所天然产物生物合成系主任Sarah O'Connor领导的国际研究人员团队目前正在研究猫薄荷如何以及为何产生荆芥内酯，以及形成过程的生物合成途径这种独特的化学分子已经进化了。

为了回答这个问题，他们对猫薄荷的基因组进行了测序。“我们发现了一组产生荆芥内酯分子的不寻常酶。这些酶在任何相关的植物物种中均未发现，并且在猫薄荷中独特地进化。当我们第一次看到猫的基因组序列时，我们意识到我们假设的重要基因在荆芥内酯的形成中是活跃的，在基因组中彼此相邻。该研究的第一作者，约克大学的本杰明·利奇曼（Benjamin Lichman）解释说，这使我们能够更轻松地解决问题。

重复进化

科学家将两种都能产生荆芥内酯的猫种的基因组与不能产生荆芥内酯或任何其他鸢尾类植物的密切相关的药用植物牛膝草（Hyssopus officinalis）进行了比较。这种比较方法，古代基因的重建以及全面的系统发育分析使研究人员能够了解导致荆芥内酯生物合成出现的事件的时间顺序。他们能够确定薄荷中虹彩样生物合成损失和随后重新进化的机制。这些新发现为植物代谢新颖性和持久性的发展提供了更广阔的经验。

特别地，荆芥内酯途径被发现为基因簇，一组相似的基因位于基因组的紧邻范围内。通过观察这个簇，连同基因“化石”和复活的古代酶，科学家阐明了导致该簇形成的重要步骤。相似的步骤导致许多植物谱系中令人印象深刻的植物新陈代谢的进化。

“薄荷糖为研究这些过程提供了一个很好的范例。我们现在正在尝试修改薄荷植物中存在的化学物质。这将有助于我们了解我们是否完全了解该途径的所有方面以及了解荆芥内酯的生态功能。反过来，这可以帮助我们发现导致损失和重新获得该途径的选择性压力。我们也正在寻找其他会产生异常虹彩动物的荆芥属物种，”莎拉·奥康纳（Sarah O’Connor）总结了她的未来研究计划。

自去年以来，该研究的负责人一直是德国耶拿马克斯·普朗克化学生态研究所天然产物生物合成系的新主任和负责人。她的研究重点是植物代谢产物的生物合成，该产物不仅在介导植物与其环境的相互作用中具有多种生态作用，而且在医学上具有广阔的发展潜力。她想了解植物如何以及为何应用如此复杂的化学反应来产生这种令人着迷的分子持久性：植物正在不断发展新化学。通过我们的研究，我们希望获得这种演变的快照。

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参考：Benjamin R. Lichman，Grant T. Godden，John P. Hamilton，Lira Palmer，Mohamed O. Kamileen，Dongyan Zhao，Brieanne Vaillancourt，Joshua C. Wood，Miao Sun撰写的“猫薄荷中猫引诱剂荆芥内酯的进化起源” Taliesin J.Kinser，Laura K.Henry，Carlos Rodriguez-Lopez，Natalia Dudareva，Douglas E.Soltis，Pamela S.Soltis，C.Robin Buell和Sarah E.
10.1126 / sciadv.aba0721

这项研究由密歇根州立大学C. Robin Buell领导的薄荷基因组计划（国家科学基金会）资助。