Роза с любым другим именем пахнет так же сладко, как писал Шекспир, но сотрите всего одну маленькую молекулу в их цветах, и вам повезет, если вы уловите хоть какой-то запах. В последние десятилетия коммерческие садоводы вывели розы, которые растут в разных цветах, более устойчивы к насекомым и дольше стоят в вазах. Но за эти манипуляции приходится расплачиваться: более визуально привлекательные цветы часто теряют свой сильный ароматический запах.
Что нужно розам для создания их приятного запаха, и, что еще важнее, как его вернуть? Новое исследование, опубликованное в понедельник в PNAS, выявило ключевой фермент под названием фарнезил дифосфат (FPP) синтаза, имеющий решающее значение для запуска реакции, которая создает свежий и цветочный аромат розы. Полученные данные могут помочь в поиске способа создания более завораживающих и красивых роз.
Химическое вещество под названием гераниол отвечает за сладкий аромат, который мы ассоциируем с розами. Розы производят это соединение в результате химической реакции, в которой участвует синтаза FPP и несколько других ферментов. В этом процессе участвует гидролаза NUDX1 - фермент, находящийся в жидкой внутренней части растительных клеток, или цитозоле, из которого состоят лепестки роз. Чтобы создать сильный и сладкий аромат, цветы нуждаются в большом количестве гидролазы NUDX1. Это возможно только при наличии достаточного количества связывающей молекулы, называемой геранилдифосфатом (ГДФ). GPP приклеивается к ферменту и приводит его в действие.
Но для того чтобы этот процесс работал, необходимо, чтобы связывающая молекула находилась поблизости. Для роз это не так. Старший автор Бенуа Буашон, биохимик растений из Национального центра научных исследований Франции, говорит, что большинство растений хранят GGP и гидролазу NUDX1 в другой области, называемой пластидами. Эти органеллы выступают в качестве ключевых мест для фотосинтеза. Это побудило Боашона и его коллег выяснить, где розы получают ГПП для производства гераниола. Он предположил, что у ГПП может быть какой-то механизм, переносящий его из плазмиды в цитозоль, или же существует другой путь, по которому цветок может генерировать собственные запасы ГПП.
Чтобы разгадать загадку растения, авторы исследования изучили биохимические реакции, происходящие в сорте розовых роз под названием Old Blush. Они выделили различные части растения и отключили химические пути, участвующие в создании или высвобождении гераниола. Если измененные розы больше не производили гераниол, или растения производили его в малых количествах, это было серьезной подсказкой для ученых - они нашли путь, который играет роль в обеспечении ГПП. С другой стороны, команда могла исключить этот процесс, если гераниол продолжал вырабатываться на нормальном уровне.
Их поиск привел их к определенному пути в цитозоле растения, где они заинтересовались второй, неизвестной ролью белка FPP-синтазы. Когда ингибиторы блокировали способность растения экспрессировать этот фермент, уровень гераниола снижался.
Было обнаружено, что фермент создает два химических соединения. Ученые-растениеводы знают, что он производит химическое вещество, родственное ГПП, называемое фарнезилдифосфатом, которое придает розе сладкий запах. Но биохимический анализ исследования показал, что фермент способен производить и ГПП. Наталья Дударева, директор Центра биологии растений при Университете Пердью и один из соавторов исследования, говорит, что розы, должно быть, давно выработали синтазу FPP, чтобы производить более доступный ГПП. Секвенирование белка фермента выявило две аминокислоты, которые могли мутировать, чтобы позволить ему производить ГПП вместо преобразования всего ГПП в фарнезилдифосфат.
Следующим шагом было проверить, производит ли фермент FPP-синтаза аналогичные эффекты внутри растения в реальном времени. Они сконструировали листья табака для экспрессии этого фермента и химического пути, используемого для получения гераниола. Как они и ожидали, листья табака, в которых был обнаружен фермент, производили как ГПП, так и фарнезилдифосфат.
Понимание основных игроков, участвующих в создании аромата, может восстановить аромат коммерчески выращиваемых роз. А выделив фермент, Боашон говорит, что одним из возможных вариантов его применения является метаболическое восстановление сладкого аромата в розах, которые со временем утратили свой легендарный запах.