T许多花香对人类的吸引力是一种幸运的副产品:它们出现时，我们甚至不在身边。而且，尽管如此，商业香水很少闻起来像鲜花。标有茉莉花或栀子花的昂贵、花哨的瓶子可能闻起来很香，但它们是真正的替代品。
一个原因是，花朵通常会产生很大的不同挥发性分子混合物，多达1000个。其中一些属于相关的化学基团，尽管它们的化学结构略有不同，但它们能产生非常不同的气味。在亲缘关系密切的花中，挥发性分子在相对数量上(反映所需基因和基因产物的调节差异)和化学结构上(反映为产生合成所需酶而进化的基因的活性)都可能发生变化。要弄清楚混合物中哪些成分对吸引昆虫或鸟类很重要，或者对产生吸引人的香水很重要，并不容易。这尤其具有挑战性，因为我们自己的嗅觉依赖于一套复杂的神经细胞，而且往往因人而异。这种气味的产生依赖于植物的基因，而动物(包括我们自己)闻到这些气味的能力则依赖于动物的基因。
和颜色一样，影响气味的挥发性化合物的化学性质取决于编码蛋白质酶的基因的存在。这些酶按顺序从前体分子中产生复杂的气味分子，前体分子的存在仍然依赖于其他基因和酶。不同分子的相对数量依次取决于其他基因，这些基因编码的rna和蛋白质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，我们是在提取几百种不同分子的混合物。每一种都是由一系列基因和酶编码的结果，这些基因和酶使玫瑰花瓣中发生特殊的化学反应。许多挥发性分子是由氨基酸苯丙氨酸组成的。
植物通过一组编码必要蛋白酶的基因，从更简单的分子中制造苯丙氨酸。苯丙氨酸是酪氨酸的近亲，酪氨酸是植物用来制造β-丙氨酸色素的氨基酸，它也是一种带有碳原子环的“芳香化合物”。二者之间的化学结构差异仅仅是酪氨酸有一个额外的氧（以-OH基团的形式附着在碳环上）。事实上，哺乳动物从苯丙氨酸中生成酪氨酸（植物使用另一种途径）。从苯丙氨酸和酪氨酸中提取的芳香分子清单很长。
进化确保了基因在需要的时候最活跃。
植物产生苯丙氨酸和酪氨酸，以便制造蛋白质。但是，机会主义的进化也将氨基酸用于其他目的。每一种用途都取决于进化出一个或多个额外的基因，这些基因为制造芳香化合物的酶以及蛋白质和RNA编码，以确保花瓣中的基因在正确的时间打开。许多芳香挥发物将起源于基因复制事件，随后的副本突变，这种模式我们已经遇到过几次。这是自然选择发挥作用的最有效的变异方式之一。
要从苯基丙氨酸或酪氨酸中的任何一种氨基酸中制造挥发性芳香，都需要在特定的酶催化的一个或多个反应对氨基酸进行化学手术。其中一个反应去除氨基(- nhh)2)。如果起始分子是苯丙氨酸，结果是一种叫做肉桂酸的分子;如果起始分子是酪氨酸，结果就是香豆酸。肉桂酸和香豆酸之间的唯一区别是香豆酸和酪氨酸一样，都有以-OH基团形式存在的额外氧原子。大多数，但不是全部，植物芳香化合物开始时是这两种分子中的一种。
肉桂酸这个名字不应该是个谜。这就是肉桂的熟悉气味。肉桂是该属某些常绿树木的干燥树皮樟属在月桂树中，它提醒我们除了花瓣之外，还有许多植物的部分产生芳香。这种酶可以去除苯丙氨酸中的氨基并产生这种酸，这种酶被称为PAL，由基因编码朋友. 大多数植物有不止一种朋友基因。例如，模式植物拟南芥有四种朋友这些基因在植物的不同部位有不同程度的活性。有几个是有道理的朋友基因因为同样的苯丙氨酸减去它的氨基，如肉桂酸，产生了许多植物分子，除了挥发物。在这些分子中，有木质素，一种在树木中发现的巨大分子，以及用于给花朵着色的非甾体色素。一些植物使用PAL来启动一系列的反应，最终生成查尔酮，这种分子最终转化成花青素的颜色。
我的家族在基因边缘的十年
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从苯丙氨酸到芳烃的另一个途径是对氨基酸进行两次切割。这里，氨基（–NH2)将其作为氨基酸的酸性（–COOH）基团去除。由此产生的分子是制造许多其他芳香族分子的起点。在玫瑰花瓣中进行这项手术所需的酶水平在成熟花朵中最为丰富，在下午晚些时候，吸引授粉昆虫非常重要。进化确保了基因在需要时最活跃。
鉴定负责从苯丙氨酸中去除酸性基团的酶的基因需要真正的检测工作。通过与其他生物体中已知的基因相似，植物基因组数据库被搜索到可能产生一种酶的序列，这种酶可以从苯丙氨酸中去除酸性基团。科学家们发现了与动物基因序列相似的植物DNA序列，从而从一种与苯丙氨酸相关的称为多巴的分子中去除了酸性基团，这让他们大获全胜。熟悉的这和用于治疗帕金森病的多巴是一样的。当苯丙氨酸产生的挥发性分子最高时，这种DNA片段在植物中最活跃，在花的部分、花瓣和子房中也最活跃。当矮牵牛花基因的活性在突变体植物中实验性地被抑制时，芳香化合物的产生停止了。玫瑰型基因也是如此。
一个芳香分子可以贡献多达90%的花产生的挥发物。
该基因的矮牵牛花和玫瑰型编码的蛋白酶与从多巴中去除酸性部分的动物酶大约65%相同，类似于从其他分子中去除酸性部分的其他植物酶。总之，所有这些基因都属于一个相关基因家族。可以得出这样的结论：它们都是由一些共同的祖先基因进化而来的。
开花植物有更多的基因编码产生其他芳香化合物所需的酶。他们都来自哪里？可能大多数（如果不是全部的话）都与对其他植物功能很重要的基因有关，并且起源于过去的基因复制事件。这似乎是在基因进化过程中所发生的事情，这些基因导致了流行的茶玫瑰特有的“茶”香味。18世纪末，当古老品种的中国玫瑰进入欧洲时，人们认识到它们的香味与欧洲玫瑰不同。许多年后，这些独特的气味与特定的化合物有关。到那时，中国玫瑰和欧洲玫瑰的杂交种已经培育出来。这种被称为茶玫瑰的杂交品种特别受欢迎，其中一个原因是它们浓烈而诱人的香味，这是杂交种中国父母的遗传。在这些香水中，一种芳香分子（3,5-二甲氧基甲苯，缩写为DMT）可以贡献花产生的90%的挥发物。欧洲的玫瑰花瓣不会产生很多这种分子。
DMT分子与其他构建在六个碳原子核心环上的植物芳烃有关，其中一些由各种碳、氢和氧原子修饰。各种基因和酶赋予植物制造这种装饰环的能力。在中国玫瑰基因组中编码的两种酶和在中国玫瑰花瓣中活跃的两种酶可以进行导致DMT的特殊修饰。为什么欧洲玫瑰不能做到这一点？因为他们没有进行适当修改所需的一组基因。两个非常密切相关但截然不同的基因导致了在过去某个地方有中国玫瑰遗传的玫瑰中发生了适当的化学变化；他们被称为OOMT1和OOMT2. 纯欧洲起源的玫瑰只有这两个基因中的一个，而这两种蛋白质都需要以正确的方式修饰芳香环以产生DMT。两种酶OOMT1和OOMT2中的350个氨基酸是96%相同的，350个氨基酸中只有一个氨基酸的变化可能是它们在花瓣细胞中作用不同的原因。所有这些都表明，最初只有一个OOMT被复制的基因，两个拷贝中的一个随后在其DNA中获得突变，并因此改变其编码的蛋白酶的氨基酸。
哪个基因最先出现？如果OOMT对许多不同玫瑰的基因进行了比较，大多数都有OOMT2但只有月季品种与月季祖先有OOMT1. 月季进化树的特征使得中国月季比其他月季出现得晚。如果是这样，这将是一个强有力的线索OOMT2存在的时间比OOMT1事实就是这样OOMT2这是重复的。
这种基因复制和突变成功的原因不可能是生产出让人愉悦的玫瑰。那么为什么新基因能够存活并成功呢？原来是蜜蜂：玫瑰的重要传粉者似乎感觉到了DMT。
马克辛·辛格获得了博士学位。1957年毕业于耶鲁大学。她曾在该杂志的编辑委员会任职美国国家科学院院刊，和生物化学与科学杂志。她曾获得杰出总统军衔奖、国家科学奖章和国家科学院公共福利奖章。
从花朵：以及形成它们的基因由Maxine F.Singer创作。版权所有©2018 Maxine F.Singer。经牛津大学出版社许可出版。
