化学者たちがついにバラの象徴的な香りの秘密を解明

シェークスピアが書いたように、バラはどんな名前で呼ばれても同じように甘い香りがするが、花の中の小さな分子をひとつでも消してしまうと、ほんの少しの香りを嗅ぐだけでも幸運なことである。ここ数十年、商業園芸家は、さまざまな色に育ち、虫に強く、花瓶で長持ちするバラを育ててきた。しかし、その操作にはトレードオフがある。見た目に美しい花ほど、強い芳香を失うことが多いのだ。

バラが心地よい香りを出すには何が必要か、そしてもっと重要なのは、どうすればその香りを取り戻すことができるか？月曜日にPNASに掲載された新しい研究 バラのフレッシュでフローラルな香りを生み出す反応を促進するために重要な、ファルネシル二リン酸（FPP）シンターゼと呼ばれる重要な酵素を特定しました。この発見は、より魅惑的で美しいバラを作り出す方法を見つけるのに役立つ可能性があります。

ゲラニオールと呼ばれる化学物質は、バラの甘い香りの元です。バラは、FPP シンターゼと他のいくつかの酵素を含む化学反応によってこの化合物を生成します。このプロセスには、バラの花びらを構成する植物細胞または細胞質の液体内部にある酵素である NUDX1 加水分解酵素が関与しています。強くて甘い香りを作り出すには、花に大量の NUDX1 加水分解酵素活性が必要です。これは、ゲラニル二リン酸 (GPP) と呼ばれる結合分子が十分にある場合にのみ可能です。GPP は酵素に接着し、酵素を活性化させます。

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しかし、このプロセスが機能するには、結合分子が近くにある必要がある。バラの場合はそうではない。フランス国立科学研究センターの植物生化学者で、論文の主執筆者であるブノワ・ボアション氏は、ほとんどの植物は、プラスチドと呼ばれる別の領域に GGP と NUDX1 加水分解酵素を保持していると述べている。これらの細胞小器官は、光合成の重要な場所として機能している。これが、ボアション氏と彼の同僚がバラがゲラニオールを作るために GPP をどこから得るのかを解明するきっかけとなった。彼は、GPP にはプラスミドから細胞質に輸送する何らかのメカニズムがあるか、花が独自の GPP を生成する別の経路があるのではないかと仮説を立てている。

植物の謎を解くため、研究者らはオールド ブラッシュと呼ばれるピンクのバラの品種で起こる生化学反応を研究した。彼らは植物のさまざまな部分を分離し、ゲラニオールの生成や放出に関わる化学経路を遮断した。改変されたバラがゲラニオールを生成しなくなった場合、または植物がゲラニオールを少量しか生成しなかった場合、それは科学者らにとって大きな手がかりとなり、GPP の供給に役割を果たす経路を発見したことになる。一方、ゲラニオールが通常のレベルで生成され続けた場合、研究チームはプロセスを除外できる。

研究の結果、彼らは植物細胞質内の特定の経路にたどり着き、そこでFPP合成酵素タンパク質の2つ目の未知の役割に興味を持ちました。阻害剤が植物のこの酵素発現能力を阻害すると、ゲラニオール濃度が低下しました。

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この酵素は2つの化合物を生成することがわかった。植物学者は、この酵素がGPPに関連する化学物質、ファルネシル二リン酸を生成することを知っていた。この化学物質はバラの甘い香りの元になっている。しかし、この研究の生化学分析により、この酵素はGPPも生成できることが明らかになった。パデュー大学植物生物学センター所長で、この研究の共著者の1人であるナタリア・ドゥダレバ氏は、バラはもっと簡単に利用できるGPPを生成するために、はるか昔にFPP合成酵素を進化させたに違いないと言う。酵素のタンパク質配列を解析したところ、GPPをすべてファルネシル二リン酸に変換する代わりにGPPを生成するように変異した可能性のある2つのアミノ酸が明らかになった。

次のステップは、FPP シンターゼ酵素が植物内でリアルタイムに同様の効果を生み出すかどうかを確認することでした。研究者らは、この酵素とゲラニオールの生成に使用される化学経路を発現するようにタバコの葉を設計しました。研究者らの予想通り、酵素が見つかったタバコの葉は GPP とファルネシル二リン酸の​​両方を生成しました。

香料製造にかかわる重要な役割を理解すれば、商業的に栽培されているバラの香りを復活させることができるかもしれない。そして、酵素を分離することで、時間の経過とともに象徴的な香りを失ったバラに甘い香りを代謝的に再導入するといった応用が考えられるとボアション氏は言う。