猫薄荷，因猫对其的异常兴奋作用而闻名。其实引起猫奇怪行为的化学物质是荆芥内酯，这是由猫薄荷产生的一种挥发性环烯醚萜类化合物。 现在，一个国际研究团队通过基因组分析发现，在进化过程中，猫薄荷的祖先早已丧失了产生环烯醚萜类化合物的能力。因此，荆芥内酯的生物合成是反复进化的结果。 然而，这种特殊的环烯醚萜类化合物在其化学结构和性质以及最有可能的生态功能方面与该类天然产物中的其他化合物有很大不同。

环烯醚萜类化合物是萜类植物的次生代谢产物。许多植物生产这些物质是为了保护自己免受食草动物的侵害或是保护自己免受病原体的侵害。这些植物中有许多种类来自薄荷科（唇形科）。唇形科有一个特别种类丰富的亚科祖先，包括许多著名的草本植物，如罗勒、牛至、迷迭香、柠檬香膏和薄荷，但在进化过程中它们都丧失了产生环烯醚萜的能力。然而，有一个重要的例外：荆芥属，称为猫薄荷。猫薄荷植物产生环烯醚萜类化合物，包括以一种非常特殊的形式：荆芥内酯，一种已知能刺激猫的挥发性物质。据推测，它的实际功能是阻止食草动物试图以猫薄荷为食。

国际研究团队目前正在研究猫薄荷如何以及为何产生荆芥内酯，以及形成这种独特的化学分子在进化过程的生物合成途径 。为了回答这个问题，他们对猫薄荷的基因组进行了测序。并且，科学家在猫薄荷中发现了能够产生荆芥内酯分子一组不寻常的酶，这些酶在任何相关的植物物种中都没有发现，只有在猫薄荷中有独特的进化。

猫薄荷的重复进化

猫薄荷的重复进化

科学家们比较了两种猫薄荷属植物的基因组，这两种植物都能产生荆芥内酯，而与荆芥内酯密切相关的药用植物牛膝草既不能产生荆芥内酯，也不能产生任何其他环烯醚萜类化合物。这种比较的方法，重建了植物的古老基因，以及分析了全面的系统发育，使研究人员能够了解导致出现环烯醚萜类化合物的时间年表，并使他们能够确定猫薄荷环烯醚萜类合成丢失和随后再进化的机制。这些新发现为植物代谢的新颖性和多样性的进化提供了更广泛的经验。

特别是，荆芥内酯的进化途径被发现是一个基因簇主导的，而一组类似的基因位于该基因组的紧邻处。通过观察这个基因组，连同复活的古代酶，科学家们阐明了导致这个基因形成的重要步骤。类似的步骤导致了许多植物谱系中令人印象深刻的植物代谢多样性的进化。

猫薄荷为研究这些过程提供了一个很好的范例。科学家现在正试图改变猫薄荷植物中的化学物质。这将有助于我们是否完全了解这一途径的所有方面，以及了解荆芥内酯的生态功能。这反过来又可以帮助我们发现导致这一途径丧失和恢复的选择性压力。

在实际应用中，植物代谢产物的生物合成，不仅在调节植物与环境的相互作用方面具有多种生态学作用，而且在医学上具有广阔的应用前景。植物会不断进化出新的化学，所以了解植物是如何以及为什么运用如此复杂的化学反应来产生这种迷人的分子多样性很重要。在他们的研究中，科学家们希望能获得这一进化过程的快照。