DNA显示植物是非凡的化学家–做爱与战争

ia子花新测序的基因组突显出进化的修补方法如何将植物转化为自然界中一些伟大的化学制造者。

植物是大自然中最杰出的化学家之一。与动物不同，它们不能来自掠食者或病原体。他们无法连根拔起寻找伴侣或散播种子。

因此，他们制造化学药品：杀死细菌的毒素。苦味生物碱能抵御草食动物。甜蜜的花蜜和宝石色颜料可吸引授粉媒介或鸟类，从而有助于分散种子。

您可能会说，化学物质是植物制造爱情和战争的方式之一。

但是树木，灌木和花朵如何获得这些功能？

在一项新的研究中，科学家们通过through子花Garden子的发展来探索这个问题，Garden子花是一种常绿的灌木，有白花，被种植在热带地区作为观赏植物。

在一项新研究中，研究人员报告了对物种基因组进行测序的过程。

研究人员首次对the子的基因组进行了测序。然后，他们深入研究了植物是如何制造出一种称为番红花的化合物的。这种鲜艳的化学物质使藏红花具有朱红色的色调，也可以使the子成熟的果实呈橘红色。

这项研究确定了与制造藏红花色有关的基因，并在实验室中用它们创造了该化合物。这项工作（包括破译to子花用来合成藏红花的循序渐进的过程）为大规模生产该化学品奠定了基础，该化学品被认为具有抗氧化剂的药用特性。

该研究还探索了garden子中番红花的起源。这项发现将于6月18日在BMC Biology上发表，强调了称为串联基因复制的进化过程的力量，在这种过程中，DNA的意外复制使生物体能够灵活地扩展其掌握的遗传工具的库。这只是工厂发展新功能的一种方式，但这是至关重要的。

该研究的合著者，布法罗生物学家大学的维克多·阿尔伯特博士说：“重要的原则是植物可以重塑事物。”“他们可以复制他们的遗传工具包的某些部分，并稍微调整一下功能。假设您有一把螺丝起子，但头部却很大。想象一下，您可以复制那把螺丝刀，但是您可以磨削头部，使其更小，并且对于小的螺丝钉很有用，但是您仍然可以使用原来的大头螺丝刀来处理大型螺丝刀。这些工厂就是这样做的。”

一种叫做番红花的化合物使果实具有橘红色。

该研究的共同通讯作者，宋景元博士说：“在研究对中医和现代生物医学研究都如此重要的植物的基因组时，发现这些分子的“技巧”是令人兴奋的。隶属于中国医学科学院和北京协和医学院，隶属于中国中医药资源工程研究中心。

该项目由中国中药资源工程研究中心和中国中医科学院的Song和Shilin Chen博士领导，以及意大利国家新技术，能源和可持续经济发展机构的Giovanni Giuliano博士领导。 （ENEA）。第一作者是中国医学科学院和北京协和医学院的徐志超博士和浦向东。徐还隶属于中药资源工程研究中心。

UB艺术与科学学院生物科学教授，新加坡南洋理工大学客座教授阿尔伯特（Albert）和他的学生做出了重要贡献，进行了生物信息学研究，有助于揭示un子中番红花素和咖啡因合成的进化史。咖啡植物。

DNA倍增如何帮助植物扩展其遗传工具箱

在串联复制事件中，单个基因在复制过程中被错误地复制。然后，随着物种随着时间的推移而进化，多余的DNA可以自由突变并承担新的功能。

研究得出结论，在茉莉Garden子中，串联复制导致了藏红花红素合成所需的基因的进化。这项研究表明，这种基因复制的形式还使the子的近亲（咖啡植物Coffea canephora）能够开发出产生咖啡因的基因，并将compared子的DNA与Coffea canephora和其他几种植物的DNA进行了比较。

阿尔伯特说：“在这种情况下，我们看到了相同的潜在进化机制，产生了这些串联重复序列，从而在两种植物中产生了两种不同的目标生物合成途径。”“我们有咖啡和garden子花，它们是从一个共同的祖先进化而来的，在一种情况下，一串串重复的咖啡形成了咖啡，并疯狂地制造了咖啡因。而在另一方面，他们在garden子花中形成并疯狂地制造出了crocins。”

由植物制成，但对人类也有用

藏红花不仅存在于garden子花中，而且在藏红花的藏红花植物中也有发现。这些物种没有从一个共同的祖先那里继承制造番红花的能力：他们独立地发展了自己的基因库。咖啡，茶和巧克力植物中的咖啡因基因也是如此。

“植物正在玩有趣的植物化学物质的多种进化的游戏，”阿尔伯特说。“当然，所有这些植物化学物质对植物都是有用的，可能在抵抗病原体或作为昆虫引诱剂方面发挥了作用。”

说到garden子花，植物果实的火热颜色有助于扩大物种的范围，有助于吸引食用水果并在新位置排出种子的动物。

但是，尽管植物为了自身的利益进行化学反应，但它们产生的化合物也可以使人类受益。阿司匹林与柳树皮中发现的化合物密切相关。地高辛很少用于治疗心脏疾病，它来自毛地黄植物。Crocin的抗氧化特性引起了研究人员的兴趣，现在，科学家们已经掌握了在实验室中制造该化学品所需的知识。

共同通讯的作者朱利亚诺说：“众所周知的事实是，相同的化学物质（例如咖啡因或番红花素）可以在遥远的植物物种中反复出现。”“一个悬而未决的问题是：这些化学物质的生物合成相关基因如何在这些不同物种中一次出现？我们发表的工作不仅首次描述了任何植物中的番红花生物合成的完整途径，而且还表明该途径是通过仅在该途径中起作用的一个基因的出现而在garden子中进化的，而后来的则是前者-现有，并且因制造藏红花而被搭便车。这是在生化水平上的一次优美的演示，展示了自然如何重用和适应现有的机制，而不是创造出完全新颖的机制。”

参考：徐志超，蒲向东，高冉然，Olivia Costantina Demurtas，Steven J.Fleck，Michaela Richter，何春年，何爱佳，孙伟，孙建强，“串联基因重复驱动植物中咖啡因和番红花生物合成途径的相关进化”胡开志，任凤鸣，宋杰杰，王哲，高婷，熊超，于皓颖，辛天一，Victor A.
10.1186 / s12915-020-00795-3