Nane ailesi olarak da bilinen Lamiaceae, mutfak, tıbbi ve süs amaçlı yaygın olarak kullanılan çeşitli bir bitki grubudur. Aile, fesleğen, biberiye, kekik, nane ve adaçayı gibi popüler bitkiler de dahil olmak üzere 7.000’den fazla türden oluşur.
Adaçayı, biberiye, fesleğen ve hatta tik ağacı gibi odunsu bitkileri kapsayan nane ailesi, koku ve tat alma duyumuza uyarıcı bir patlama sağlar. Michigan Eyalet Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bu bitkilerin evriminin, kimyalarının evrimi yoluyla özelleşmiş doğal özelliklerini çeşitlendirdiğini ve gelecekte tıp ve pestisit üretimi gibi alanlarda kullanım olasılıklarını ortaya çıkardığını keşfettiler.
Doğa Bilimleri Koleji’nde Doçent Doktor James K. Billman Jr., “İnsanlar nane ailesinin üyelerini özel metabolitleri için kolayca tanırlar” dedi. “Metabolitler, kaçamadıkları için bitkilerin kendilerini savunmaları için etkili bir yoldur.”
2016’dan beri Hamberger, bitkileri avcılardan ve patojenlerden korumak için gerekli olan ve aynı zamanda yeşil ve sürdürülebilir zirai kimyasallar, antioksidanlar, kozmetikler ve kokularda yaygın olarak kullanılan terpenoidler adı verilen özel metabolitler üzerinde çalışıyor.
Hamberger, şu anda Georgia Üniversitesi’nde birkaç nane bitkisi genomunu dizileyen eski bir MSU genomik araştırmacısı olan Robin Buell ile çalıştı. Buell’in ekibiyle yapılan bu işbirliği, Hamberger’in yüksek lisans öğrencileri Abigail Bryson ve Emily Lanier’in nane ailesinin birkaç genomunun nasıl evrimleştiğini ve bu kimyaların son 60 ila 70 milyon yılda nasıl ortaya çıktığını keşfetmelerine yol açtı.
Hamberger, “Milyonlarca yıl boyunca bitkiler, geliştikleri belirli nişlere uyum sağladı ve gelişti ve bu, bu kimyaların çeşitli olduğu ve çevrelerine açıkça uyum sağladığı anlamına geliyor” dedi. “Böylece, bitkilerin yaptığı bu özel metabolitlere giden yolları belirlemeye ve keşfetmeye çalışıyoruz.”
Disiplinler arası bir yaklaşım benimseyen Bryson, terpenoid biyosentezinin genomik organizasyonunu belirledi ve Lanier, kimyasal yolları analiz etti. Lanier ve Bryson birlikte, nane ailesinden gelen beautyberry genomunda oldukça sıra dışı bir şey keşfettiler. Büyük bir biyosentetik gen kümesine sahiptir. Bir BGC, aynı metabolik yollarda yer alan genomda birbirine yakın bulunan bir gen grubudur. Bu genler, bir kolyedeki inciler gibidir – ayrı ama yine de bağlantılıdır. Ek olarak, Bryson ve Lanier bu BGC’nin varyantlarını altı diğerinde buldu.[{” attribute=””>species in the mint family.
“We are learning that the physical location of genes within the genome is important,” Bryson said. “It can drive the evolution of specialized metabolic pathways in the plant, leading to a vast diversity of interesting natural plant compounds.”
BGCs are well known in the bacterial world but their role in plants is not fully understood. The BGC cluster of the beautyberry plant contains genes that encode two distinct terpenoid pathways. The team found these terpenoids accumulate in various parts of the plant, such as the leaves and roots, and may play distinct roles in adaptation.
“It’s the same base molecule, but each species is making its own version and modifying it in different ways to fit their survival needs,” Lanier said.
Hamberger describes it like a recipe that everyone has a copy of and changes to suit their requirements and preferences.
Previous research has led to unique medical uses for mint plants. For example, Indian Coleus can be used as a natural treatment for glaucoma and Texas sage is a natural antimicrobial that is effective against tuberculosis. The new molecular adaptations Hamberger and his team have found open the door for future applications of natural plant products from the mint family.
“Our team has been excited about the opportunities within the mint family,” said Hamberger. “Those mint enzymes, as in the American beautyberry plant, give us the ability to make plant-natural products in the lab, including — hopefully in the future — natural good-smelling mosquito repellants.”
Reference: “Uncovering a miltiradiene biosynthetic gene cluster in the Lamiaceae reveals a dynamic evolutionary trajectory” by Abigail E. Bryson, Emily R. Lanier, Kin H. Lau, John P. Hamilton, Brieanne Vaillancourt, Davis Mathieu, Alan E. Yocca, Garret P. Miller, Patrick P. Edger, C. Robin Buell and Björn Hamberger, 20 January 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-35845-1