Catmint, también conocido como hierba gatera, es bien conocido por su efecto intoxicante en los gatos. El olor responsable del extraño comportamiento de los gatos es la nepetalactona, un iridoide volátil producido por la menta católica. Un equipo internacional de investigadores ha descubierto a través del análisis del genomaque la capacidad de producir iridoides ya se había perdido en los antepasados de la hierbabuena en el curso de la evolución. Por lo tanto, la biosíntesis de nepetalactona es el resultado de la "evolución repetida". Sin embargo, este iridoide particular difiere considerablemente de otros compuestos en este grupo de productos naturales conrespecto a su estructura y propiedades químicas, y muy probablemente a sus funciones ecológicas.
Los iridoides son metabolitos secundarios de plantas del grupo de los terpenos. Muchas plantas producen estas sustancias para defenderse de los herbívoros o para protegerse de los patógenos, entre estas plantas muchas especies de la familia de la menta Lamiaceae. Los antepasados de una especie en particularLa rica subfamilia de las Lamiaceae, la Nepetoideae, que incluye muchas hierbas conocidas, como la albahaca, el orégano, el romero, el bálsamo de limón y la menta, había perdido la capacidad de producir iridoides en el curso de la evolución. Sin embargo, hay una excepción importante: el género Nepeta, llamado hierbabuena o hierba gatera. Las plantas de hierbabuena producen iridoides, incluida una forma muy especial: nepetalactona, una sustancia volátil que se sabe que excita a los gatos. Presumiblemente, su función real es disuadir a los herbívoros que intentan alimentarse de hierbabuena.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por Sarah O'Connor, directora del Departamento de Biosíntesis de Productos Naturales del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, ahora ha investigado cómo y por qué la menta produce nepetalactona y cómo las vías biosintéticas parala formación de esta molécula química única ha evolucionado. Para responder a esta pregunta, secuenciaron el genoma de la hierbabuena ". Descubrimos un conjunto de enzimas inusuales que generan moléculas de nepetalactona. Estas enzimas no se encuentran en ninguna especie vegetal relacionada y han evolucionado de manera única encatmint. Cuando vimos por primera vez la secuencia del genoma de la hierbabuena nos dimos cuenta de que los genes importantes que supusimos eran activos en la formación de nepetalactona estaban uno al lado del otro en el genoma. Esto nos permitió resolver el problema más fácilmente ", explica Benjamin Lichmande la Universidad de York, quien es el primer autor del estudio.
evolución repetida
Los científicos compararon el genoma de dos especies de hierbabuena que pueden producir nepetalactona con el hisopo de plantas medicinales estrechamente relacionado Hyssopus officinalis que no es capaz de producir nepetalactona ni ningún otro iridoide. Este enfoque comparativo, la reconstrucción de genes antiguos, así como los análisis filogenéticos exhaustivos permitieron a los investigadores comprender la cronología de los eventos que condujeron a la aparición de la biosíntesis de nepetalactona. Fueron capaces de determinar los mecanismos para la pérdida y la posterior evolución de la biosíntesis de iridoide en catmint. Estos nuevos descubrimientos proporcionanlecciones más amplias en la evolución de la novedad y diversidad metabólicas de las plantas.
En particular, la vía de la nepetalactona se encuentra como un grupo de genes, un grupo de genes similares ubicados en las inmediaciones del genoma. Al observar este grupo, junto con los "fósiles" genéticos y las enzimas antiguas resucitadas, los científicos explicaron pasos importanteseso condujo a la formación de este grupo. Pasos similares conducen a la evolución de la impresionante diversidad metabólica de las plantas en muchos linajes de plantas.
"Catmint proporciona un gran ejemplo modelo para estudiar estos procesos. Ahora estamos tratando de modificar los productos químicos presentes en las plantas de hierbabuena. Esto nos ayudará a saber si entendemos completamente todos los aspectos de la ruta, así como también las funciones ecológicas denepetalactona. Esto a su vez puede ayudarnos a descubrir las presiones selectivas que condujeron a la pérdida y recuperación de esta vía. También estamos observando otras especies de Nepeta que producen iridoides inusuales ", dice Sarah O'Connor resumiendo sus planes de investigación futuros. El líderdel estudio ha sido el nuevo director y jefe del Departamento de Biosíntesis de Productos Naturales del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, desde el año pasado. El foco de su investigación está en la biosíntesis de productos metabólicos vegetales que nosolo tiene múltiples roles ecológicos en la mediación de las interacciones de una planta con su entorno, pero también tiene un potencial prometedor en medicina. Quiere entender cómo y por qué las plantas se aplicanreacciones químicas tan complejas para producir esta fascinante diversidad de moléculas: "Las plantas están constantemente desarrollando una nueva química.Con nuestra investigación, nos gustaría obtener instantáneas de esta evolución en acción ".
Esta investigación fue financiada por el Proyecto Mint Genome National Science Foundation dirigido por C. Robin Buell en la Universidad Estatal de Michigan.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Ecología Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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