玉米植物从吲哚中形成特殊的化合物，即所谓的苯并恶嗪类化合物。它们被认为具有重要的生态意义，因为它们会对抗多种食草动物并减少它们的摄食。苯并恶嗪类化合物还表现出抗菌特性，并被认为参与介导植物与植物之间的相互作用。自 20 世纪 90 年代起，人们就知道它们在玉米中的生物合成。同时，它们的生物合成途径已在几种禾本科植物中得到描述，但在其他植物物种中也发现了苯并恶嗪类化合物。它们的分布很奇特：虽然专门的代谢物经常出现在特定的进化相关植物物种中，但苯并恶嗪类化合物表现出相反的行为，并且零星地出现在许多远缘相关的植物科中。不仅在玉米中而且在远缘物种中阐明这种代谢途径的多次尝试均未成功。因此，马克斯·普朗克化学生态研究所天然产物生物合成系的Tobias Köllner小组的研究目标很明确：“我们想查明形成苯并恶嗪类化合物的能力是否在不同物种中独立进化。”

研究小组使用了两种产生苯并恶嗪类化合物的远缘双子叶植物物种进行研究：金死荨麻Lamium galebodolon，发现于欧洲营养丰富的土壤的稀疏森林和森林边缘，以及斑马植物Aphelandra squarrosa，一种流行的室内植物。对于这两个物种，研究人员创建了在不同组织中表达的化合物和基因的数据集，并将它们与不产生苯并恶嗪类化合物的密切相关物种进行比较。“这种方法使我们能够识别可能参与这些化合物形成的候选基因。我们通过在烟草中表达候选基因来进一步表征候选基因，以确定它们是否真的参与苯并恶嗪类化合物的生产，”Matilde Florean 说，该研究的第一作者，描述了他们的方法论。

研究人员能够证明苯并恶嗪类代谢途径在玉米和所研究的两个物种中独立进化。Tobias Köllner 继续说道，“我们发现，与玉米中许多密切相关的细胞色素 P450 酶执行代谢途径的特定步骤不同，不同的酶类别以及不相关的细胞色素 P450 酶家族被招募。” 特别是金荨麻和斑马植物使用双功能含黄素单加氧酶，而不是像草中那样使用两种不同的细胞色素 P450 酶，这一发现是完全出乎意料的。总的来说，研究小组惊讶地发现这样一个执行相同反应的酶的多样性。

“通过这项工作，我们展示了植物新陈代谢的灵活性。我们已经证明植物可以独立发明非常不同的策略来制造相同的化合物，这在苯并恶嗪类化合物的进化史上至少发生过三次”Sarah O ”天然产物生物合成系主任康纳总结了研究结果。未来，该团队希望阐明这些化合物在更多植物科中的生物合成。

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