两种植物发明了相同的化学复杂且具有医学意义的物质

吐根生物碱生物合成途径的阐明表明两种远缘植物物种如何能够独立地发育出相同的物质。 植物产生大量的天然产物。许多植物天然产物具有血统特异性，仅出现在某些植物科中，有时仅出现在单一物种中。然而有趣的是，有时可以在关系较远的物种中发现相同的物质。然而，在大多数情况下，只知道最终产品，并且很大程度上不清楚这些物质是如何在植物中产生的。吐根生物碱存在于两种关系较远的药用植物中：吐根Carapichea ipecacuanha（属于龙胆科）和鼠尾草叶八角兰（Alangium salviifolium），属于山茱萸科，在阿育吠陀医学中广为人知。 早期的研究已经表明，这两个物种都产生吐根生物碱。特别地，直到20世纪80年代(特别是在北美)，吐根提取物(“吐根糖浆”)一直是广泛使用的药房专用药物，用于在中毒情况下诱导呕吐。活性催吐物质是头孢菌素和依米汀，这两种物质均源自前体原吐美汀，但目前尚不清楚它们是如何产生的。只有两项小型研究在吐根中鉴定出了一些酶，但大多数酶是未知的，而八角枫中根本没有已知酶。 该研究的第一作者、耶拿马克斯·普朗克化学生态学研究所天然产物生物合成系的项目组负责人 Maite Colinas 认为，关键问题是：“这些物种的最后一个共同祖先生活在 1 亿多年前，因此我们假设这两个物种独立开发了生产吐根生物碱的方法。”一个关键问题是他们是否找到了相同或不同的化学途径和酶促途径来生产这些化合物。” 最初，研究小组发现吐根生物碱在一定程度上存在于这两个物种的所有植物组织中，但在幼叶组织和地下植物器官中含量要高得多。通过比较吐根生物碱含量高和低的组织，鉴定出可能参与生物合成的基因。模型植物的进一步测试和遗传转化允许逐步重建两个物种的生物合成途径。这条路充满了一些惊喜。与预期相反，生物合成的第一步似乎不是由酶控制，而是自发发生的。另一个惊喜是一种不寻常的酶的参与。它的三维结构与催化相同反应（即糖分子裂解）的所有其他酶完全不同。 “这类酶通常不参与天然产物的生产。