植物的化学语言揭秘
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美国加州斯坦福大学
2014年5月1日
植物扎根在一个地方度过一生。当面对一个糟糕的情况，如一群饥饿的食草动物或病毒爆发，他们没法逃走，必须争取生存。它们的关键防御武器是什么？化学。
由于这种持续不断的冲突，植物已经进化成令人惊奇的化学家，它们能够用成千上万个基因来合成数以万计的化合物。这些化学物质，被称为特异代谢产物，使植物能够承受来自环境短暂威胁。更重要的是，一些同样的化合物对人类有益，超过三分之一的医药是从这些植物特异代谢产物衍生来的。
理解植物如何进化出这么惊人的化学语言一直是植物生物学的一个长期目标。由Seung Yon Rhee和Lee Chae领导的一个卡内基研究院的科学家团队对植物基因组进行了大规模比较分析，探讨特异代谢是如何演变的。他们发表在《科学》杂志上的研究结果对在植物中寻找新的有益的代谢产物的科学家将产生重大影响。
为了进行研究，该团队研制出一套计算流程系统，这套系统可以基于一个测序的植物基因组创建生物的新陈代谢系统。这就是代谢网络。
“对我们的分析或任何比较基因组分析，关键的是跨物种数据的一致性和质量，”Chae说。“通过准确度和覆盖面的验证水平，我们的流程系统保这种一致性。”
重要的是，该流程系统允许研究团队两天内根据任何测序的基因组建立可靠的代谢网络，与先前长达数月的过程相比，极大地节省了时间和资源，Chae指出。
使用这个流程系统，研究团队为16种绿色植物重建并分析了代谢网络，这些绿色植物包括开花植物、藻类和苔藓。他们发现负责生产特异代谢物的基因展现出不寻常的进化特性，包括它们在基因组的的数目和组织、由它们形成的遗传机制、以及他们被同时激活的倾向。
总的来说，这些属性代表了特异代谢基因的鲜明特征，为从各种植物种类中发现新的特异代谢物提供了一个创新的策略。这些发现可能对许多研究领域有广泛的影响，包括农业、生物技术、药物研发和合成生物学。
“尽管我们的健康和福祉依赖植物化合物，但是，我们很少了解它们是如何产生的或它们在自然界多样性，”Rhee说。“希望我们的发现将使研究人员能够利用这些特征作为一种工具来发现以前未知的特殊代谢产物，研究他们如何让植物受益，进一步确定它们如何让我们受益。”
