Международная группа ученых под руководством специалистов из Китая определила ключевые гены и биохимические процессы, которые формируют аромат травянистого пиона. Исследование объясняет, как цветок синтезирует летучие соединения и меняет запах по мере распускания. Результаты работы могут ускорить селекцию декоративных растений с заданными ароматическими свойствами.
Исследователи изучили пион сорта «Цзыфэнъюй» (Paeonia lactiflora ‘Zifengyu’) на трех стадиях развития: в бутоне, в полуроспуске и при полном цветении. Они выяснили, что аромат – результат работы не одного гена, а сложной метаболической сети. По мере раскрытия цветка общая интенсивность запаха растет за счет монотерпенов – летучих веществ, придающих розе и эвкалипту их характерные ноты.
На ранней стадии в запахе доминирует сесквитерпен β-кариофиллен с пряными и древесными оттенками. К моменту полного цветения в лепестках и тычинках накапливаются монотерпены: гераниол с запахом розы, цитронеллол и 1,8-цинеол с освежающим ароматом.
Ученые установили, что за производство этих соединений отвечают специфические ферменты. Так, фермент PlTPS4 синтезирует β-кариофиллен, PlTPS5 – 1,8-цинеол, а PlTPS9 – гераниол. Даже незначительное изменение в структуре этих белков, например замена одной аминокислоты, может кардинально изменить или полностью прекратить выработку ароматического вещества.
Кроме того, был обнаружен альтернативный механизм синтеза. Белок PlNUDX из семейства нудикс-гидролаз способен расщеплять исходные молекулы, также участвуя в образовании гераниола. Это говорит о дублировании и гибкости биохимических путей у растения.
Синтез разных типов ароматических соединений разделен пространственно внутри растительных клеток. Монотерпены производятся преимущественно в пластидах, а сесквитерпены – в цитозоле. Это позволяет цветку одновременно запускать параллельные процессы и создавать многослойный, меняющийся со временем аромат.
Полученные данные, по словам авторов, представляют собой «молекулярный чертеж» аромата пиона. Выявленные гены, такие как PlTPS4, PlTPS5, PlTPS9 и PlNUDX, становятся мишенями для селекционеров. Управляя активностью этих генов, можно будет целенаправленно выводить сорта с более сильным, стойким или необычным запахом, повышая их коммерческую ценность.