植物是自然界中最非凡的化学家。与动物不同，它们不能躲避捕食者或病原体。它们无法拔出自己来寻找配偶或传播种子。
因此，它们制造化学物质:杀死细菌的毒素。苦的生物碱抵御食草动物。甜的花蜜和宝石色的色素吸引传粉者或鸟类来帮助传播种子。
你可以说，化学物质是植物制造爱情和战争的一种方式。
但是，树木、灌木和花是如何获得这些能力的呢?
在一项新的研究中，科学家通过栀子花的进化来探索这个问题。栀子花是一种常绿灌木，开白色的花，在热带地区作为观赏植物种植。
研究人员首次对栀子花的基因组进行了测序。然后，他们深入研究了这种植物是如何合成一种叫做藏红花素的化合物的。这种颜色鲜艳的化学物质使藏红花具有朱红色的色泽，也是栀子成熟果实呈现红橙色的原因。
基因的研究发现藏红花素和在实验室里用它们来创建复合。这项工作——其中包括破译栀子花使用合成藏红花素的循序渐进的过程,化学的大规模生产奠定了基础,这是被认为有药用价值作为一种抗氧化剂。
研究还探讨了栀子花中藏红花素的来源。这一发现将于6月18日发表在《BMC生物学》(BMC Biology)杂志上，它突出了一种被称为串联基因复制的进化过程的威力。在这种进化过程中，DNA的偶然复制给生物体提供了灵活性，使它们能够扩大可用的基因工具库。这只是植物进化新能力的一种方式，但也是至关重要的一种。
“重要的原理是植物可以彻底改造事物，”该研究的合著者、布法罗大学生物学家维克多·艾伯特博士说。“它们可以复制基因工具箱的某些部分，并稍微改变一下功能。假设你有一把螺丝刀，但是螺丝刀的头非常大。想象一下，你可以复制那个螺丝刀，但你可以磨它的头，让它变得更小，对小螺丝有用，但你仍然有一个原来的大头螺丝刀，可以处理大螺丝刀。这就是这些植物正在做的事情。”
“这是令人兴奋的发现这些分子“诀窍”在研究植物的基因组非常重要的中药,现在现代生物医学研究,”说,该研究的共同通讯作者,靖远县歌,博士,从中药资源的工程研究中心在中国,世卫组织还与中国医学科学院、北京协和医学院。
该项目由中国中医药科学院中药资源工程研究中心的宋和陈士林博士以及意大利国家新技术、能源和可持续经济发展机构(ENEA)的Giovanni Giuliano博士牵头。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濮向东。徐还隶属于中药资源工程研究中心。
艾伯特,生物科学教授在乌兰巴托艺术与科学学院和在新加坡南洋理工大学的客座教授,和他的学生作出了重要贡献,开展生物信息学研究,帮助解开藏红花素和咖啡因的进化历史栀子花和咖啡植物合成,分别。
DNA倍增是如何帮助植物扩展基因工具箱的
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，当一个物种随着时间进化，稳定杏耀多余的DNA就会自由变异，并承担新的功能。
在栀子中，串联重复导致了一个基因的进化，而这个基因是合成花青素所必需的。这项研究将栀子花的DNA与canephora咖啡和其他一些植物的DNA进行了比较，结果表明，这种基因复制也使得栀子花的近亲——咖啡植物canephora——培育出了产生咖啡因的基因。
Albert说:“在这个例子中，我们看到了产生这些串联重复的相同的潜在进化机制，从而在两种植物中产生了两种不同的生物合成途径。”“我们有咖啡和栀子花，它们是从相近的共同祖先进化而来的，在一个例子中，串联的复制品形成了，
杏耀平台总代的感触 ，它们在咖啡中疯狂地制造咖啡因。而在另一个世界里，他们在栀子花里疯狂地制作crocins。”
由植物制造，但对人类也很有用
藏红花素不仅存在于栀子花中，也存在于番红花植物中，番红花能产生藏红花。这些物种并没有从一个共同的祖先那里继承制造藏红花素的能力:它们的基因库是独立进化的。咖啡、茶和巧克力中的咖啡因基因也是如此。
“植物正在与有趣的植物化学物质的多重进化进行博弈，”艾伯特说。“当然，杏耀所有这些植物化学物质对植物都是有用的，可能在对抗病原体或作为吸引昆虫的剂。”
对于栀子花来说，其果实炽热的颜色有助于扩大物种的范围，有助于吸引动物来吃这些果实，并将种子驱逐到新的地方。
不过，虽然植物的化学作用是为了自身的利益，但它们产生的化合物也对人类有益。阿司匹林与柳树皮中发现的一种化合物关系密切。地高辛来自毛地黄，很少用于治疗心脏问题。藏红花素的抗氧化特性引起了研究人员的兴趣，现在，科学家们已经知道他们需要在实验室中制造这种化学物质。
共同通讯作者朱利亚诺说:“众所周知，同一种化学物质(例如咖啡因或藏红花素)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:参与这些化学物质生物合成的基因是如何在这些不同物种中同时出现的?”工作我们不仅发表首次描述了完整的路径在任何植物藏红花素的生物合成,但也表明,途径进化在栀子花的出现只是一个基因,通路,而后来的预先存在的,藏红花素的搭便车。这是一个优雅的演示，在生化水平上，自然如何再利用和适应已经存在的机制，而不是创造完全新的机制。”
