T他向人类吸引了许多花卉的气味是一个幸运的副产品：当他们出现时，我们甚至没有周围。而且，对于所有的努力，商业香水很少像鲜花一样闻起来。昂贵，花式瓶标记为茉莉花或栀子可能会闻起来很精彩，但它们是真实的替代品。
一个原因是，花朵通常会产生大量不同挥发性分子的混合物，多达1000个。其中一些属于相关的化学组，虽然它们的化学结构略有不同，但它们可以产生非常不同的气味。在亲缘关系密切的花朵中，挥发性分子的相对数量（反映所需基因和基因产物的差异调节）和化学结构（反映进化产生合成所需酶的基因活性）都可能不同。要想弄清楚混合物中的哪些成分对吸引昆虫或鸟类或获得吸引人的香水很重要并不容易。这尤其具有挑战性，因为我们自身的嗅觉依赖于一组复杂的神经细胞，而且常常因人而异。气味的产生取决于植物的基因，而包括我们在内的动物闻到这些气味的能力取决于动物的基因。
与颜色一样，影响气味的挥发性化合物的化学成分取决于编码蛋白酶的基因的存在。这些酶按顺序从前体分子中产生复杂的香味分子，前体分子的存在依赖于其他基因和酶。不同分子的相对数量反过来取决于编码RNA和蛋白质的其他基因，这些基因对制造气味所需的基因的调节和调节非常重要。
当我们闻到玫瑰时，我们正在拿起几百种不同分子的混合物。其中一项是一系列基因的结果和它们编写的酶，以便在玫瑰花瓣中实现特定的化学反应。许多挥发性分子由氨基酸苯丙氨酸制成。
植物从简单的分子中制造苯丙氨酸，通过一组为必需的蛋白质酶编码的基因。苯丙氨酸是酪氨酸的近亲，酪氨酸是植物用来制造甜菜碱色素的氨基酸，它也是一种“芳香化合物”，有一个碳原子环。两者在化学结构上的区别只是酪氨酸有一个额外的氧(以连接在碳环上的-OH基团的形式)。事实上，哺乳动物从苯丙氨酸中制造酪氨酸(植物使用另一种途径)。从苯丙氨酸和酪氨酸中提取的气味宜人的分子有很多。
进化确保了基因在需要的时候最活跃。
植物制造苯丙氨酸和酪氨酸，以便它们能制造蛋白质。但进化是机会主义的，它也将氨基酸用于其他目的。每次使用都取决于进化出一个或多个额外的基因，这些基因编码产生芳香化合物的酶以及确保这些基因在正确的时间在花瓣中启动所需的蛋白质和RNA。许多芳香族挥发物将起源于基因复制事件，然后是拷贝突变，这一模式我们已经见过好几次了。这是一种最有力的方式，在这种方式中，变异成为可能，自然选择可以发挥作用。
为了使挥发性芳族氨基酸苯丙氨酸或酪氨酸需要通过特定酶催化的一种或多种反应在氨基酸上进行化学手术。一个这样的反应除去氨基（-NH2.)从氨基酸中提取。如果起始分子是苯丙氨酸，结果是一个称为肉桂酸的分子；如果起始分子是酪氨酸，结果是香豆酸。肉桂酸和香豆酸之间的唯一区别在于香豆酸与酪氨酸具有相同的附加氧原子，其形式为-OH基团。大多数（但不是全部）植物芳香化合物最初是这两种分子中的一种。
肉桂酸的名字不应该是一个谜。正是它赋予了肉桂熟悉的气味。肉桂是某些常青树属的干树皮Cinnamomum.在月桂科植物中，这提醒我们，花瓣旁边的许多植物部分都能产生芳香。从苯丙氨酸中去除氨基以产生氨基酸的酶称为PAL，由基因编码朋友．大多数植物不止有一个朋友基因。例如，模型植物拟南芥就有四个朋友基因，这些基因在植物的不同部位有不同程度的活性。有几个是有意义的朋友基因是因为与肉桂酸相同的苯丙氨酸减去其氨基，导致挥发物旁边的许多植物分子。在这些分子中是木质素，树木树木中发现的巨大分子，以及用于着色花的禽素颜料。一些植物使用PAL开始长长的一系列反应，导致Chalcone，最终转化为花青素颜色的分子。
从苯丙氨酸生成芳香烃的另一个途径涉及对氨基酸的两个切除。这里，氨基(-NH2.)和将其表征为氨基酸的酸(-COOH)基团去掉。生成的分子是生成许多其他芳香分子的起点。在玫瑰花瓣中进行这种手术所需的酶水平在成熟的花朵中是最丰富的，而且在傍晚时分，吸引授粉昆虫是很重要的。进化确保了基因在需要的时候最活跃。
要找到负责去除苯丙氨酸中酸性基团的酶的基因，需要真正的侦探工作。研究人员在植物基因组数据库中寻找序列，这些序列与其他生物已知的基因类似，可能会产生一种酶，从苯丙氨酸中去除酸性基团。科学家们发现植物的DNA序列与动物基因序列相似，可以从一种叫做多巴的分子中去除酸性基团，多巴与苯丙氨酸有关。熟悉吗?这就是用来治疗帕金森氏症的多巴。这个DNA片段在植物中最活跃的时候，在花的部分、花瓣和卵巢中，苯丙氨酸挥发性分子的产量最高。当矮牵牛花基因的活性在突变植物中被实验抑制时，芳香的产生就停止了。同样的情况也发生在玫瑰基因上。
一种芳香分子可以贡献高达90%的花产生的挥发物。
矮牵牛花和玫瑰这种蛋白酶的基因编码与去除多巴中酸性部分的动物酶大约65%相同，与同样去除其他分子中酸性部分的其他植物酶相似。所有这些基因都属于一个相关基因家族。我们可以得出这样的结论:它们都是从共同的祖先基因进化而来的。
开花植物有更多的基因编码生产其他芳香烃所需的酶。它们都是从哪里来的?可能大多数，如果不是全部，都与对植物其他功能重要的基因有关，并起源于过去的基因复制事件。这似乎是在基因进化过程中发生的事情，这些基因负责流行的茶玫瑰特有的芳香“茶”味。当古老的月季品种在18世纪末传入欧洲时，人们发现它们的香气与欧洲玫瑰不同。许多年后，这些独特的气味与特定的化合物联系在一起。那时，中国玫瑰和欧洲玫瑰的杂交品种已经培育出来。这种杂交品种，被称为茶玫瑰，特别受欢迎，原因之一是它们强烈而诱人的香味，这是从杂交品种的中国亲本遗传来的。在这些香水中，一种芳香分子(3,5-二甲氧基甲苯，缩写为DMT)可以贡献多达90%的花产生的挥发性物质。欧洲玫瑰花瓣并不会产生很多这种分子。
DMT分子与其他植物芳香化合物有关，它是由6个碳原子组成的核心环，其中一些分子上装饰着碳、氢、氧原子的分类。不同的基因和酶赋予了植物制造这种装饰环的能力。在月季基因组中编码并在月季花瓣中活性的两种酶可以进行特定的修饰从而产生DMT。为什么欧洲玫瑰不能做到这一点呢?因为它们没有进行适当修饰所需的基因。两个非常相近但又截然不同的基因导致了在过去某个地方的月季遗传的玫瑰的适当化学变化;他们被称为OOMT1和OOMT2．纯欧洲来源的玫瑰只有这两种基因中的一种，而两种蛋白质都需要以正确的方式修饰芳香环来生产DMT。OOMT1和OOMT2两种酶中的350个氨基酸有96%是相同的，而350个氨基酸中的一个氨基酸的变化可能就是它们在花瓣细胞中作用的差异的原因。所有这些都表明，最初有一个oomt.基因复制后，其中一个复制体的DNA发生了突变，结果，它编码的蛋白质酶的氨基酸发生了变化。
哪个基因先出现?如果oomt.许多不同玫瑰的基因被比较，大多数都有OOMT2但只有具有中国月季祖先的月季品种才有OOMT1．玫瑰的进化树有一些特征，使得月季出现的时间可能比其他玫瑰晚。如果是这样，那将是一个强有力的线索OOMT2已经存在了比以前更长的时间OOMT1确实如此OOMT2成为复制。
这种基因复制和变异成功的原因，不可能是制造出令人愉悦的气味的玫瑰。那么，为什么新基因存活下来并成功了呢?结果证明是蜜蜂:玫瑰花的重要传粉者似乎能感知DMT。
玛克辛·辛格于1957年获得耶鲁大学博士学位。她是《纽约时报》的编辑委员会成员国家科学院的诉讼程序，和生物化学与科学杂志。她收到了杰出的总统级奖，国家科学国家奖章以及国家科学院的公共福利奖章。
从开花:和制造开花的基因作者:玛克辛·f·辛格版权所有©2018 Maxine F. Singer。经牛津大学出版社许可出版。
