Кошачья мята научилась привлекать котов независимо от родственников

Биохимики выяснили, почему запах кошачьей мяты возбуждает котов, а запах обычной мяты нет. Ближайшие родственники кошачьей мяты потеряли фермент, необходимый для синтеза соответствующих вторичных метаболитов, в то время как у этого растения фермент эволюционировал заново, поясняют ученые в статье в Science Advances.

Котовник кошачий, он же кошачья мята (Nepeta cataria), принадлежит к подсемейству котовниковые (Nepetoídeae) семейства яснотковые вместе с другими ароматными травами, такими как мята и лаванда. Растение интересно тем, что его запах возбуждающе действует на кошек, причем не только на домашних, но и на диких, которые под действием кошачьей мяты начинают кататься по полу, тереться о поверхности и так далее. Этот эффект обусловлен высоким содержанием в эфирных маслах растения непеталактонов, которые по структуре напоминают кошачьи феромоны.

Непеталактоны принадлежат к группе вторичных метаболитов растений под названием иридоиды. В природе они нужны конечно же не для привлечения котов, а для отпугивания насекомых, которые могут съесть растение. В качестве репеллента непеталактоны почти также эффективны, как популярный синтетический репеллент диэтилтолуамид (ДЭТА).

Интересно что, хотя большинство представителей яснотковых продуцируют иридоиды, почти все растения из подсемейства котовниковых потеряли эту способность. В этой группе иридоиды могут синтезировать только растения из рода котовник, включая кошачью мяту. Как показали ученые из Института химической экологии Общества Макса Планка и Мичиганского университета, котовники приобрели ферменты для синтеза иридоидов заново, независимо от остальных яснотковых.

Исследователи отсеквенировали геномы двух котовников и их родственника иссопа лекарственного, не способного продуцировать непеталактоны. Кроме того, они проанализировали спектр летучих веществ, которые продуцируют эти растения, при помощи газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией.

Иридоиды синтезируются из 8-оксо-гераниаля с участием фермента иридоидсинтазы. Однако этому этапу предшествуют еще несколько, включающих модификации распространенного растительного метаболита под названием гераниол. Ученые обнаружили у иссопа как гераниол, так и ферменты для его превращения в 8-оксо-гераниаль. Тем не менее, копию гена, кодирующего иридоидсинтазу, удалось найти только у котовников. Исследование фермента in vitro показало, что иридоидсинтаза котовника обладает несколько иным механизмом действия, чем у других яснотковых. Кроме того, ученые обнаружили группу ферментов, закодированных в кластере генов NEPS, которые участвуют в синтезе изомеров непеталактонов.

По результатам анализа авторы заключили, что предковые растения подсемейства котовниковых потеряли способность синтезировать иридоиды после утери гена иридоидсинтазы, а кошачья мята приобрела эту способность независимо в процессе конвергентной эволюции фермента. Кроме того, в отличие от других яснотковых, растение может синтезировать целый ряд изомеров непеталактонов благодаря группе ферментов NEPS, что расширяет его защитные способности, и может давать какие-то другие неочевидные преимущества.

Авторы упоминают, что вещества из группы непеталактонов работают у тлей в качестве феромонов, и не исключено, что кошачья мята может управлять их поведением тоже. В пользу этой гипотезы служат, например, истории о том, как растения приручили шмелей при помощи никотина, и как томаты превратили гусениц в каннибалов.

Дарья Спасская