密歇根州立大学的研究人员追踪了薄荷基因组的进化，以用于从药物到杀虫剂再到抗菌剂的潜在未来应用。薄荷草药家族，包括鼠尾草、迷迭香、罗勒，甚至柚木等木本植物，为我们的嗅觉和味觉带来振奋人心的震撼。密歇根州立大学的研究人员发现，这些植物通过化学演化使其特殊的自然特征多样化。

“人们很容易认出薄荷家族成员的特殊代谢物，”副教授BjörnHamberger和自然科学学院特聘教授JamesK.BillmanJr.医学博士说。“代谢物是植物保护自己的有效方式，因为它们无法逃跑。”

自2016年以来，Hamberger一直在研究植物中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侵害至关重要，也是绿色和可持续农用化学品、抗氧化剂、化妆品和香水中的常见成分。

Hamberger与RobinBuell合作，RobinBuell是前密歇根州立大学基因组学研究员，现供职于佐治亚大学，后者对几种薄荷植物的基因组进行了测序。通过与Buell团队的合作，Hamberger的研究生AbigailBryson和EmilyLanier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60到7000万年间出现的。

“数百万年来，植物已经适应和进化以适应它们茁壮成长的特定生态位，这意味着这些化学物质是多种多样的，并且已经明显适应了它们的环境，”Hamberger说。“因此，我们试图确定和发现植物产生的这些特殊代谢物的途径。”

采用跨学科方法，Bryson确定了萜类化合物生物合成的基因组组织，Lanier分析了化学途径。Lanier和Bryson一起在薄荷科的美人莓基因组中发现了一些非常不寻常的东西。它有一个大的生物合成基因簇。BGC是一组在基因组中位置很近的基因，它们参与相同的代谢途径。这些基因就像项链上的一颗颗珍珠——分开但又相互关联。此外，Bryson和Lanier在薄荷科的其他六个物种中发现了这种BGC的变体。

“我们了解到基因在基因组中的物理位置很重要，”布赖森说。“它可以推动植物中特殊代谢途径的进化，从而产生大量有趣的天然植物化合物。”

BGC在细菌界广为人知，但它们在植物中的作用尚不完全清楚。美人莓植物的BGC簇包含编码两种不同萜类化合物途径的基因。研究小组发现这些萜类化合物在植物的不同部位积累，例如叶子和根部，并且可能在适应中发挥不同的作用。

“这是相同的基础分子，但每个物种都在制造自己的版本，并以不同的方式对其进行修改，以满足它们的生存需求，”拉尼尔说。

Hamberger将其描述为每个人都有一份食谱，并且可以根据自己的要求和喜好进行更改。

先前的研究已经为薄荷植物带来了独特的医疗用途。例如，印度锦紫苏可用作青光眼的天然疗法，德克萨斯鼠尾草是一种天然抗菌剂，可有效对抗结核病。Hamberger和他的团队发现了新的分子适应性，为薄荷科天然植物产品的未来应用打开了大门。

“我们的团队对薄荷家族中的机会感到兴奋，”Hamberger说。“那些薄荷酶，就像在美国美人莓植物中一样，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——天然的好闻的驱蚊剂。”