DNA揭秘：植物竟然和人一樣 可以製造愛情與戰爭
植物是自然界最傑出的化學家之一。與動物不同，它們不能逃離掠食者或病原體，也無法為了尋找伴侶或散播種子把自己連根拔起。
圖自YW Low
因此，他們製造毒素等化學物質來殺死細菌，製造苦味生物鹼來抵禦草食動物的啃食，產生甘甜的花蜜和寶石般的色素來吸引授粉者或鳥類的駐足，幫它們散播種子。
可以說，化學物質是植物製造愛和挑起戰爭的一種方式。
但是樹木、灌木和花朵如何獲得這些能力的？
在一項新的研究中，科學家們通過梔子花的發展來探索這個問題。梔子花是一種常綠灌木，葉綠花白，在熱帶地區常作為庭院觀賞植物種植。
圖自YW Low
研究人員首次對梔子花的基因組進行了測序。然後，他們深入研究了這一植物是如何製造出一種稱為藏紅花素的化合物的。這種顏色鮮艷的化學成分使藏紅花具有硃紅色的色調，也使梔子花成熟的果實呈橘紅色。
這項研究確定了與藏紅花素相關的基因，並在實驗室中利用這些基因製造出了藏紅花素。這項工作包括解密梔子花一步一步合成藏紅花素的過程，為大規模生產藏紅花素奠定了基礎。科學家認為藏紅花素具有抗氧化劑的藥用特性。
該研究還探討了梔子花中藏紅花素的來源。這項在6月18日發表於BMC Biology上的發現著重強調了一種名為串聯基因複製的進化過程的力量，在這個過程中，DNA的意外複製使有機體能夠靈活地擴展自己掌握的遺傳工具庫。這只是植物發展新功能的方式之一，但卻是至關重要的一種。
該研究的合著者、布法羅大學生物學家Victor Albert博士說：「重要的原則是植物可以重塑事物。它們可以複製遺傳工具包的某些部分，並對功能稍加調整。假設您有一把螺絲刀，但頭部很大，使用不太方便。您可以複製那把螺絲刀，同時磨削頭部，使它變小，從而使它適用於小螺釘。與此同時，你仍然可以使用原來的大頭螺絲刀來處理大螺釘。這些植物就是這麼做的。」
圖自YW Low
該研究的共同通訊作者宋經元博士表示：「在研究對中醫和現代生物醫學研究都如此重要的植物的基因組時，發現這些分子的『計策』是令人興奮的。」
他來自中國中醫藥資源工程研究中心，該研究中心隸屬於中國醫學科學院和北京協和醫學院。
該項目由中國中藥資源工程研究中心和中國中醫科學院的宋博士、陳世玲博士以及義大利國家新技術、能源和可持續經濟發展機構的Giovanni Giuliano博士領導，第一作者是中國醫學科學院和北京協和醫學院的徐志超博士和浦向東先生。徐博士同時隸屬於中藥資源工程研究中心。
紐約州立大學布法羅分校生物科學教授，新加坡南洋理工大學客座教授Albert和他的學生為研究做出了重要貢獻。他們進行了生物資訊學研究，幫助揭示子藏紅花素和咖啡因合成在梔子花和咖啡植物中的進化史。
DNA倍增如何幫助植物擴展其基因庫
在串聯複製事件中，單個基因在複製過程中會被錯誤地複製。由於物種會隨著時間的推移而進化，多餘的DNA可以自由突變並發展出新的功能。
研究得出結論，在梔子花中，串聯複製導致了藏紅花素合成所需的基因的進化。這項研究表明，這種基因複製的形式還使梔子花的近親中果咖啡能夠發展出產生咖啡因的基因。同時，研究還將梔子花的DNA與中果咖啡的DNA和其他幾種植物的DNA進行了比較。
Albert表示：「在這種情況下，我們看到了相同的潛在進化機制，這些機制產生了串聯而重複序列，從而在兩種植物中產生了兩種不同的目標生物合成途徑。就拿中果咖啡和梔子花來說，它們是從一個緊密而共同祖先演化而來的，在某種情況下，中果咖啡的串聯基因通過複製形成了中果咖啡，並瘋狂製造了咖啡因。另一方面，相關基因在梔子花中大量複製，從而產生了藏紅花素。」
由植物製成，但對人類也有用
藏紅花素不僅存在於梔子花中，還藏於各種藏紅花中。這些物種沒有從一個共同的祖先那裡繼承製造藏紅花素的能力：他們進化了出了屬於自己的基因庫。巧克力、茶和咖啡中的咖啡因基因也是如此。
Albert說：「植物正在玩有趣的植物相關的化學物質的多重進化遊戲。當然，所有這些植物化學物質對植物都是有用的，它們要麼能夠抵抗病原體，要麼能夠發揮作用引誘昆蟲。」
說到梔子花，植物果實火熱的顏色有助於擴大物種的範圍，有助於吸引那些以水果為食的動物，它們吃下果實，把種子排泄到新的地方。
儘管植物為了自身的利益進行化學反應，但它們產生的化合物也可以使人類受益。阿司匹林與柳樹皮中發現的化合物密切相關。地高辛用於治療心臟疾病，它來自毛地黃植物。藏紅花素的抗氧化特性引起了研究人員的興趣，現在，科學家們已經掌握了在實驗室中製造該化學品所需的知識。
猜你喜歡的商品>>
一次性醫用外科口罩50隻 39.9元
南極人充電式聲波電動牙刷 券後價7.9元
【三隻松鼠】 早餐蛋糕麵包兩箱 券後價 32.9元
超輕透氣減震跑步運動鞋 券後價79元
國民高彈緩震 運動休閑鞋 券後價74元
親膚大豆纖維七孔空調被 券後價 79元
騰訊影片會員年費99元/京東plus聯合年卡128元
