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貓薄荷，因貓對其的異常興奮作用而聞名。其實引起貓奇怪行為的化學物質是荊芥內酯，這是由貓薄荷產生的一種揮發性環烯醚萜類化合物。 現在，一個國際研究團隊通過基因組分析發現，在進化過程中，貓薄荷的祖先早已喪失了產生環烯醚萜類化合物的能力。因此，荊芥內酯的生物合成是反覆進化的結果。 然而，這種特殊的環烯醚萜類化合物在其化學結構和性質以及最有可能的生態功能方面與該類天然產物中的其他化合物有很大不同。
環烯醚萜類化合物是萜類植物的次生代謝產物。許多植物生產這些物質是為了保護自己免受食草動物的侵害或是保護自己免受病原體的侵害。這些植物中有許多種類來自薄荷科（唇形科）。唇形科有一個特別種類豐富的亞科祖先，包括許多著名的草本植物，如羅勒、牛至、迷迭香、檸檬香膏和薄荷，但在進化過程中它們都喪失了產生環烯醚萜的能力。然而，有一個重要的例外：荊芥屬，稱為貓薄荷。貓薄荷植物產生環烯醚萜類化合物，包括以一種非常特殊的形式：荊芥內酯，一種已知能刺激貓的揮發性物質。據推測，它的實際功能是阻止食草動物試圖以貓薄荷為食。
國際研究團隊目前正在研究貓薄荷如何以及為何產生荊芥內酯，以及形成這種獨特的化學分子在進化過程的生物合成途徑 。為了回答這個問題，他們對貓薄荷的基因組進行了測序。並且，科學家在貓薄荷中發現了能夠產生荊芥內酯分子一組不尋常的酶，這些酶在任何相關的植物物種中都沒有發現，只有在貓薄荷中有獨特的進化。
貓薄荷的重複進化
科學家們比較了兩種貓薄荷屬植物的基因組，這兩種植物都能產生荊芥內酯，而與荊芥內酯密切相關的藥用植物牛膝草既不能產生荊芥內酯，也不能產生任何其他環烯醚萜類化合物。這種比較的方法，重建了植物的古老基因，以及分析了全面的系統發育，使研究人員能夠了解導致出現環烯醚萜類化合物的時間年表，並使他們能夠確定貓薄荷環烯醚萜類合成丟失和隨後再進化的機制。這些新發現為植物代謝的新穎性和多樣性的進化提供了更廣泛的經驗。
特別是，荊芥內酯的進化途徑被發現是一個基因簇主導的，而一組類似的基因位於該基因組的緊鄰處。通過觀察這個基因組，連同復活的古代酶，科學家們闡明了導致這個基因形成的重要步驟。類似的步驟導致了許多植物譜系中令人印象深刻的植物代謝多樣性的進化。
貓薄荷為研究這些過程提供了一個很好的範例。科學家現在正試圖改變貓薄荷植物中的化學物質。這將有助於我們是否完全了解這一途徑的所有方面，以及了解荊芥內酯的生態功能。這反過來又可以幫助我們發現導致這一途徑喪失和恢復的選擇性壓力。
在實際應用中，植物代謝產物的生物合成，不僅在調節植物與環境的相互作用方面具有多種生態學作用，而且在醫學上具有廣闊的應用前景。植物會不斷進化出新的化學，所以了解植物是如何以及為什麼運用如此複雜的化學反應來產生這種迷人的分子多樣性很重要。在他們的研究中，科學家們希望能獲得這一進化過程的快照。