莎士比亞在《羅密歐與茱麗葉》中寫道,玫瑰不論以什麼為名,都會一樣芬芳。但只要抹去花朵中的一個小分子,就很難聞到香氣了。是什麼讓玫瑰散發香氣?日前發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的研究確認,法尼基焦磷酸合酶(FPP synthase),或稱FPP合酶,對玫瑰發出香味起到關鍵作用。這項發現或許有助於找到方法來創造更迷人、更美麗的玫瑰。
玫瑰香味來源 香葉醇
香葉醇(Geraniol)讓玫瑰產生甜美香味。玫瑰透過FPP合酶與其他幾種酶(如:NUDX1水解酶)的化學反應產生香葉醇。
NUDX1水解酶存在於構成玫瑰花瓣的植物細胞液體內部,或胞質溶膠(cytosol)內。玫瑰花朵需要大量的NUDX1水解酶作用,產生甜美香氣,而這只有在周圍有足夠的香葉基焦磷酸(GPP)才有可能,也就是GPP將自身黏附到NUDX1水解酶上,並驅使其發揮作用。為了使這個過程正常發生,需要GPP存在於化學反應的附近區域,但玫瑰不是這種情況。
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‧布雄(Benoit Boachon)說,大多數植物將GPP和NUDX1水解酶保存在另一個稱為色素體(plastids)的區域。
玫瑰從哪裡獲得GPP來製造香葉醇?布雄認為,GPP可能有某種機制將它從色素體運輸到胞質溶膠內,或者花朵自身有其他途徑產生自己的GPP。
FPP合酶作用 芳香關鍵
為解開玫瑰芬芳之謎,研究團隊分析了一種粉紅玫瑰品種,叫做老腮紅(Old Blush)的生化反應。他們分離了老腮紅的不同部分,並關閉了與香葉醇的產生和釋放有關的化學路徑。如果改變後的玫瑰不再生成香葉醇,或香葉醇製造量很低,就可以利用這個線索找到提供GPP的路徑。另一方面,如果香葉醇繼續正常產生,則可排除一些特定路徑。
研究團隊發現,當抑製劑在植物胞質溶膠裡,阻斷植物表達FPP合酶的能力時,就會降低香葉醇的量。
FPP合酶可以產生兩種化合物,其中一種是與GPP相關的化學物質,即法尼基焦磷酸(FPP),有助於玫瑰產生甜味。生化分析顯示,FPP也能夠產生GPP。
普渡大學植物生物學中心主任、研究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,以便更容易生成GPP。FPP合酶的蛋白質定序顯示,其中兩個胺基酸可能很久以前就已經發生了突變,使FPP合酶在生成FPP的同時也產生GPP,而不是將所有GPP轉化為FPP。
有望恢復失去的香味
下一步是觀察FPP合酶是否在植物體內也能產生類似效果。研究人員改造菸草葉子來表達FPP合酶,及FPP合酶製造香葉醇的化學途徑。正如所料,他們發現有FPP合酶的菸葉,的確同時產生GPP和FPP。
了解香味生成過程中起作用的各種成分,有助於恢復商業種植玫瑰的香氣。布雄說,透過分離FPP合酶,獲得潛在應用是,可在花朵新陳代謝的過程中,將甜美的香味重新引入那些失去味道的玫瑰中。◇