玫瑰芬芳來自何方 科學家終於解開個中之謎

【2023年05月18日訊】(記者林達編譯報導)正如莎士比亞在《羅密歐與茱麗葉》中寫道的,玫瑰不論以什麼為名,都會一樣芬芳。但你知道嗎,只要抹去花朵中的一個小分子,你就很難聞到她的香氣了。近幾十年來,商業園丁培育出了許多玫瑰新品種,花色繁多,有更能夠抗蟲的、有瓶插壽命更長的。但也付出了代價,即:更好看的花朵往往不是很香。鑒定出使玫瑰芬芳的酶將為人們解開一個謎團,同時也有助於恢復商業花卉的香氣。

是什麼讓玫瑰散發出香氣?5月1日發表在《美國國家科學院學報》(PNAS)上的新研究確定了一種關鍵酶,名為法尼基二磷酸合酶(FPP synthase,或稱FPP合酶),它對於讓玫瑰發出香味起到重要作用。這一發現或許有助於找到一種方法來創造更迷人、更美麗的玫瑰。

一種叫作香葉醇(Geraniol)的化學物質讓玫瑰產生香味,而此物質是由FPP合酶與其它幾種酶所參與的化學反應所製造的。其中一種是NUDX1水解酶,存在於構成玫瑰花瓣的植物細胞液內部,即胞質溶膠(cytosol)內。為了產生強烈而甜美的香氣,花朵需要大量的NUDX1水解酶活性,而這需要結合足夠大量的香葉基二磷酸(Geranyl DiPhosphate,又稱Geranyl PyroPhosphate,GPP),它粘附在NUDX1水解酶上並推動其發揮作用。

為使這個過程正常發生,需要有大量GPP分子存在於化學反應的附近區域,而對於玫瑰而言,並不是這種情況。資深作者、法國國家科學研究中心的植物生物化學家伯努瓦‧博阿雄(Benoit Boachon)說,大多數植物將GPP和NUDX1水解酶保存在另一個稱為質粒體(plastid)的區域。這些細胞器充當光合作用的關鍵場所。這激發了博阿雄及其團隊去弄清楚玫瑰從哪裡獲得GPP來製造香葉醇。他認為GPP可能有某種機制將其從質粒體運輸到胞質溶膠內,或者花朵自身有其它途徑來生成自己的GPP。

為解開玫瑰芬芳之謎,科學家們研究了一種叫做老腮紅(Old Blush)的粉紅玫瑰品種,分析其生化反應。他們將此植物的各部分分離開,並關閉了與香葉醇的生成和釋放有關的一些路徑。如果改變後的玫瑰不再生成香葉醇,或香葉醇製造量很低,科學家就可以利用此線索找到提供GPP的路徑。另一方面,如果香葉醇繼續以正常水平生成,則可排除一些特定路徑。

研究團隊依此方法找到了一個特定路徑,在植物胞質溶膠裡,當抑製劑阻斷植物表達FPP合酶這一蛋白質的能力時,就會降低香葉醇的水平。

這種FPP合酶可以產生兩種化合物。植物學家已經知道,它會產生一種與GPP相關的化學物質,即法尼基二磷酸(FPP),它有助於玫瑰產生芳香味。但該研究的生化分析表明,這種酶也能夠產生GPP。普渡大學植物生物學中心主任、該研究的合著者之一納塔利婭‧杜達列娃(Natalia Dudareva)表示,玫瑰一定在很久以前就有了FPP合酶,以更容易生成GPP。該酶的蛋白質測序顯示其中的兩個胺基酸可能很久以前就已經發生了突變,使其能夠在生成FPP的同時也能產生GPP,而不是將所有GPP轉化為FPP。

下一步是觀察FPP合酶是否在植物體內時也能產生類似的效果。研究人員改造了菸草葉子來表達這種酶及其製造香葉醇的化學途徑。正如所料,他們發現有這種酶的菸葉的確同時產生了GPP和FPP。

了解芳香生成過程中起作用的各種成分有助於恢復商用種植玫瑰的香氣。博阿雄說,通過分離這種酶,我們獲得的一個潛在應用是,在花朵新陳代謝的過程中將香味重新賦予那些隨著時間的流逝而失去味道的玫瑰花。◇

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