正如莎士比亚所写的那样,玫瑰不管叫什么名字,闻起来都一样香,但只要抹去花中的一个小分子,你就能幸运地闻到任何气味。近几十年来,商业园丁培育出了颜色不同、更抗虫、花瓶寿命更长的玫瑰。但这种操作有一个代价:更有视觉吸引力的花往往会失去其强烈的芳香。
玫瑰需要什么才能散发出令人愉悦的气味,更重要的是,我们如何才能让它们恢复原状?周一发表的一项新研究发现了一种叫做法尼基二磷酸(FPP)合成酶的关键酶,它对驱动产生玫瑰清新花香的反应至关重要。这些发现可能有助于找到一种方法来创造更迷人、更美丽的玫瑰。
一种叫做香叶醇的化学物质是我们联想到玫瑰的甜味的原因。玫瑰通过FPP合成酶和其他几种酶的化学反应产生这种化合物。这个过程涉及到NUDX1水解酶,这是一种存在于植物细胞内部液体或构成玫瑰花瓣的细胞质中的酶。为了产生强烈而甜美的香气,花需要大量的NUDX1水解酶活性。这只有在有足够的一种叫做香叶二磷酸(GPP)的结合分子时才有可能。GPP粘在酶上并推动它发挥作用。
但是为了使这个过程起作用,结合分子需要在附近。玫瑰却不是这样。资深作者、法国国家科学研究中心的植物生化学家benot Boachon说,大多数植物将GGP和NUDX1水解酶保存在另一个称为质体的区域。这些细胞器是光合作用的关键部位。这促使Boachon和他的同事们找出玫瑰从哪里获得GPP来制造香叶醇。他假设GPP可能有某种机制将其从质粒运送到细胞质溶胶,或者花有另一种途径来产生自己的GPP供应。
为了解开这个植物之谜,研究人员研究了一种名为Old Blush的粉红玫瑰的生化反应。他们分离出不同的植物部分,关闭与香叶醇产生或释放有关的化学途径。如果经过改造的玫瑰不再产生香叶醇,或者产生的香叶醇含量很低,这对科学家来说是一个重要的线索——他们发现了一条在提供GPP方面发挥作用的途径。另一方面,如果香叶醇继续以正常水平生产,研究小组可能会排除这一过程。
他们的研究使他们找到了植物细胞质中的一条特殊途径,在那里他们对FPP合成酶蛋白的第二个未知作用产生了兴趣。当抑制剂阻断植物表达这种酶的能力时,它会降低香叶醇的水平。
人们发现这种酶能产生两种化合物。植物科学家已经知道,它会产生一种与GPP相关的化学物质,称为法尼基二磷酸,这有助于玫瑰散发出甜味。但该研究的生化分析显示,这种酶也能产生GPP。普渡大学(Purdue University)植物生物学中心主任、该研究的合著者之一纳塔莉亚·杜达列娃(Natalia Dudareva)说,玫瑰一定很久以前就进化出了FPP合成酶,以产生更容易获得的GPP。该酶的蛋白质测序显示,两个氨基酸可能发生突变,使其能够产生GPP,而不是将所有GPP转化为法尼酯二磷酸。
下一步是观察FPP合成酶是否在植物体内实时产生类似的效果。他们改造烟叶来表达这种酶和制造香叶醇的化学途径。正如他们所料,他们发现这种酶的烟叶同时产生GPP和法尼酯二磷酸。
了解香味制造过程中的关键因素可以恢复商业种植玫瑰的香气。Boachon说,通过分离这种酶,一种潜在的应用是通过代谢将甜味重新引入随着时间的推移而失去标志性气味的玫瑰中。