玫瑰芬芳来自何方 科学家终于解开个中之谜

Daphane

來源:大纪元


玫瑰花散发出的芬芳具有浪漫气息。（公有领域／Bernard Spragg）

【大纪元2023年05月18日讯】（大纪元记者林达编译报导）正如莎士比亚在《罗密欧与茱丽叶》中写道的，玫瑰不论以什么为名，都会一样芬芳。但你知道吗，只要抹去花朵中的一个小分子，你就很难闻到她的香气了。近几十年来，商业园丁培育出了许多玫瑰新品种，花色繁多，有更能够抗虫的、有瓶插寿命更长的。但也付出了代价，即：更好看的花朵往往不是很香。鉴定出使玫瑰芬芳的酶将为人们解开一个谜团，同时也有助于恢复商业花卉的香气。
是什么让玫瑰散发出香气？5月1日发表在《美国国家科学院学报》（PNAS）上的新研究确定了一种关键酶，名为法尼基二磷酸合酶（FPP synthase，或称FPP合酶），它对于让玫瑰发出香味起到重要作用。这一发现或许有助于找到一种方法来创造更迷人、更美丽的玫瑰。
一种叫作香叶醇（Geraniol）的化学物质让玫瑰产生香味，而此物质是由FPP合酶与其它几种酶所参与的化学反应所制造的。其中一种是NUDX1水解酶，存在于构成玫瑰花瓣的植物细胞液内部，即胞质溶胶（cytosol）内。为了产生强烈而甜美的香气，花朵需要大量的NUDX1水解酶活性，而这需要结合足够大量的香叶基二磷酸（Geranyl DiPhosphate，又称Geranyl PyroPhosphate，GPP），它粘附在NUDX1水解酶上并推动其发挥作用。
为使这个过程正常发生，需要有大量GPP分子存在于化学反应的附近区域，而对于玫瑰而言，并不是这种情况。资深作者、法国国家科学研究中心的植物生物化学家伯努瓦‧博阿雄（Benoit Boachon）说，大多数植物将GPP和NUDX1水解酶保存在另一个称为质粒体（plastid）的区域。这些细胞器充当光合作用的关键场所。这激发了博阿雄及其团队去弄清楚玫瑰从哪里获得GPP来制造香叶醇。他认为GPP可能有某种机制将其从质粒体运输到胞质溶胶内，或者花朵自身有其它途径来生成自己的GPP。
为解开玫瑰芬芳之谜，科学家们研究了一种叫做老腮红（Old Blush）的粉红玫瑰品种，分析其生化反应。他们将此植物的各部分分离开，并关闭了与香叶醇的生成和释放有关的一些路径。如果改变后的玫瑰不再生成香叶醇，或香叶醇制造量很低，科学家就可以利用此线索找到提供GPP的路径。另一方面，如果香叶醇继续以正常水平生成，则可排除一些特定路径。
研究团队依此方法找到了一个特定路径，在植物胞质溶胶里，当抑制剂阻断植物表达FPP合酶这一蛋白质的能力时，就会降低香叶醇的水平。
这种FPP合酶可以产生两种化合物。植物学家已经知道，它会产生一种与GPP相关的化学物质，即法尼基二磷酸（FPP），它有助于玫瑰产生芳香味。但该研究的生化分析表明，这种酶也能够产生GPP。普渡大学植物生物学中心主任、该研究的合著者之一纳塔利娅‧杜达列娃（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。该酶的蛋白质测序显示其中的两个氨基酸可能很久以前就已经发生了突变，使其能够在生成FPP的同时也能产生GPP，而不是将所有GPP转化为FPP。
下一步是观察FPP合酶是否在植物体内时也能产生类似的效果。研究人员改造了烟草叶子来表达这种酶及其制造香叶醇的化学途径。正如所料，他们发现有这种酶的烟叶的确同时产生了GPP和FPP。
了解芳香生成过程中起作用的各种成分有助于恢复商用种植玫瑰的香气。博阿雄说，通过分离这种酶，我们获得的一个潜在应用是，在花朵新陈代谢的过程中将香味重新赋予那些随着时间的流逝而失去味道的玫瑰花。