«Роза пахнет розой, хоть розой назови ее, хоть нет» – писал Шекспир, но в действительности, если удалить из лепестков цветка всего одну молекулы, его узнаваемый аромат иссякнет. Развитие флористики позволяет специалистам выращивать удивительные цвета роз, делать растения менее уязвимыми к насекомым или колебаниям температуры, и продлевать их жизнь в вазе. Нередко подобным достижениям сопутствует один неожиданный компромисс: более привлекательные внешне розы теряют свой аромат. Французские учёные исследовали, в чём секрет благоухания роз и как его вернуть.

Сладкий и слегка терпкий аромат, с которым у многих людей ассоциируются розы, вызывает гераниол – растительный спирт, который присутствует в широком спектре эфирных масел. В его синтезе принимает участие ряд ферментов, включая огромные объёмы NUDX1 гидролазы, которая находится в цитозоли – жидком содержимом клеток цветочных лепестков. Для создания стойкого сладкого запаха необходима высокая активность данного фермента, возможная только при достаточном количестве связующих молекул геранил-дифосфата (GPP), которые «приклеиваются» к ферментным белкам, запуская процесс синтеза гераниола. Кроме того, для успешного протекания данного процесса молекула GPP должна находится рядом с ферментом, однако в большинстве растений это условие не соблюдено. В частности, розы хранят молекулу GPP в зелёных пластидах – органеллах, ответственных за фотосинтез, которые, соответственно, располагаются в зелёных частях роз.

Такое положение вещей заинтересовало биохимика Бенуа Бошона и его коллег из Национального центра научных исследований, которые решили выяснить, откуда розы берут GPP для синтеза гераниола в цветочных лепестках. Учёные предположили, что у роз существует некий транспортный механизм, который позволяет доставлять молекулы геранил-дифосфата из пластидов зелёных частей растения в цитозоли цветков, либо другой механизм внутри цветка позволяет ему генерировать собственный запас GPP. Для поиска нужного механизма исследователи изучили биохимические реакции на примере садовых роз «Олд Блаш». В рамках эксперимента они рассматривали различные части растения, поочерёдно блокируя химические пути в клетках выбранной зоны. Если изменённые розы переставали вырабатывать гераниол или производили его в ограниченных количествах, это значило, что заблокированный химический путь принимал участие в процессе синтеза ароматного спирта.

Таким образом учёные обнаружили новую неизвестную прежде роль фермента фарнезил-дифосфат синтазы. Когда ингибиторы блокировали его производство в цитозолях растения, уровень гераниола резко падал. Ранее исследователям было известно, что данный фермент отвечает за синтез фарнезил-дифосфата (FPP), родственной GPP молекулы, которая также принимает участие в формировании аромата роз. Однако новое исследования показало, что тот же фермент позволяет производить GPP прямо в цитозолях цветках, тем самым устраняя необходимость его транспортировки из других частей растения. Секвенирование протеина фарнезил-дифосфат синтазы показало наличие двух аминокислот, которые могли мутировать, сделав фермент универсальным инструментом для синтеза обоих типов молекул. Чтобы проверить своё открытие, учёные внесли изменения в геном табака, заставив его производить тот же фермент и использовать химические пути, типичные для получения гераниола. Как и ожидалось, листья табака стали синтезировать и GPP, и FPP.

Понимание механизма синтеза гераниола позволит учёным вернуть аромат розам, которые потеряли его в процессе селекции.