गुलाब की महक अच्छी क्यों आती है

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मनुष्यों के लिए कई फूलों की सुगंध का आकर्षण एक अच्छा दुष्प्रभाव है। हम दुनिया में तब भी नहीं थे जब वे दिखाई दिए। और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध इत्र, हालांकि वे कोशिश करते हैं, शायद ही कभी फूलों की तरह गंध करते हैं। "चमेली" या "गार्डेनिया" जैसे नामों के साथ महंगे फैंसी बोतलें अद्भुत गंध ले सकती हैं - लेकिन यह असली फूलों का सिर्फ एक दुस्साहस है।

इसका एक कारण यह है कि फूल आमतौर पर बहुत बड़ी संख्या में अस्थिर अणुओं के मिश्रण का उत्पादन करते हैं - एक हजार प्रजातियों तक। उनमें से कुछ आपस में जुड़े हुए रासायनिक समूहों से संबंधित हैं, और भले ही वे संरचना में बहुत कम भिन्न हों, वे बहुत अलग तरह की गंध दे सकते हैं। एक दूसरे से संबंधित फूलों में, वाष्पशील अणु दोनों अनुपात में भिन्न हो सकते हैं (जो जीन के विभिन्न विनियमन को दर्शाता है) और रासायनिक संरचना में (जो संश्लेषण के लिए आवश्यक एंजाइमों के उत्पादन से जुड़े जीन की गतिविधि को दर्शाता है)। यह स्थापित करना काफी मुश्किल है कि इस मिश्रण के कौन से विशेष घटक कीड़े, पक्षियों को आकर्षित करने या लोगों के लिए सुखद खुशबू पैदा करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह विशेष रूप से कठिन है, क्योंकि हमारी गंध की भावना तंत्रिका कोशिकाओं के एक जटिल सेट पर निर्भर करती है और विभिन्न लोगों में भिन्न होती है। सुगंध का उत्पादन पौधों की जीन पर निर्भर करता है, और इन सुगंधों को पकड़ने के लिए जानवरों की क्षमता, हमारे सहित, जानवरों के जीन पर निर्भर करती है।



रंग के साथ, वाष्पशील यौगिकों की रसायन विज्ञान जो गंध को प्रभावित करता है, जीन एंजाइम एन्कोडिंग प्रोटीन की उपस्थिति पर निर्भर करता है। ये एंजाइम क्रमिक रूप से उन पूर्ववर्ती अणुओं से जटिल गंधयुक्त अणु बनाने के लिए काम करते हैं, जिनकी उपस्थिति जीन और एंजाइम के एक और सेट पर निर्भर करती है। अलग-अलग अणुओं की सापेक्ष संख्या निर्भर करती है, जो कि RNA और प्रोटीन को कूटने वाले जीन के तीसरे सेट पर होती है, जो कि गंधों के उत्पादन के लिए आवश्यक जीन के नियमन और मॉड्यूलेशन के लिए महत्वपूर्ण हैं।

जब हम एक गुलाब को सूंघते हैं, तो हम कई सौ अलग-अलग अणुओं के मिश्रण का अनुभव करते हैं। और उनमें से प्रत्येक जीन और एंजाइमों के एक सेट का परिणाम है जो उनके द्वारा एन्कोड किया गया है जो गुलाब की पंखुड़ियों में कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं का कारण बनता है। कई वाष्पशील अणु अमीनो एसिड फेनिलएलनिन से प्राप्त होते हैं।

पौधे आवश्यक प्रोटीन एंजाइमों को एन्कोडिंग जीन के एक सेट के माध्यम से सरल अणुओं से फेनिलएलनिन बनाते हैं। फेनिलएलनिन tyrosine का एक करीबी रिश्तेदार है, बेटिनो पिगमेंट बनाने के लिए पौधों द्वारा उपयोग किया जाने वाला अमीनो एसिड, और कार्बन परमाणुओं की एक अंगूठी के साथ एक सुगंधित यौगिक भी है। उनकी रासायनिक संरचना में अंतर केवल इस तथ्य में होता है कि टायरोसिन में अतिरिक्त ऑक्सीजन होता है (कार्बन रिंग से जुड़े -OH समूह के रूप में)। स्तनधारी आमतौर पर फेनिलएलनिन से टाइरोसिन का उत्पादन करते हैं (पौधे इसके लिए एक अलग पथ का उपयोग करते हैं)। फेनिलएलनिन और टाइरोसिन से प्राप्त सुखद महक वाले अणुओं की सूची काफी लंबी है।

पौधे प्रोटीन बनाने में सक्षम होने के लिए फेनिलएलनिन और टायरोसिन बनाते हैं। लेकिन विकासवाद, जो एक अवसरवादी भी है, अन्य प्रयोजनों के लिए अमीनो एसिड का उपयोग करता है। प्रत्येक विधि एक या एक से अधिक अतिरिक्त जीन एन्कोडिंग एंजाइमों के विकास के दौरान उपस्थिति पर निर्भर करती है जो आरएनए के साथ सुगंध और प्रोटीन दोनों बनाते हैं, जो सही समय पर पंखुड़ियों में निहित जीन को शामिल करने के लिए आवश्यक हैं। इस तथ्य के परिणामस्वरूप कई सुगंधित वाष्पशील अणु उत्पन्न हुए कि जीन की प्रतियां उत्परिवर्तन से गुजरती हैं - हमने पहले ही कई बार ऐसी योजना देखी है। यह जीन वेरिएंट बनाने के सबसे प्रभावी तरीकों में से एक है जिसे प्राकृतिक चयन के साथ काम कर सकते हैं।

अमीनो एसिड फेनिलएलनिन या टायरोसिन से एक वाष्पशील सुगंधित पदार्थ का उत्पादन करने के लिए, एक या अधिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके अमीनो एसिड पर एक रासायनिक सर्जरी करना आवश्यक है, जिसके उत्प्रेरक कुछ एंजाइम होते हैं। इन प्रतिक्रियाओं में से एक अमीनो एसिड से अमीनो समूह (-NH2) को हटा देता है। यदि फेनिलएलनिन प्रारंभिक अणु के रूप में परोसा जाता है, तो इसका परिणाम दालचीनी एसिड है ; यदि टाइरोसिन प्रारंभिक अणु था, तो Coumaric एसिड प्राप्त होता है। इन अम्लों के बीच एकमात्र अंतर यह है कि तमारिनिक एसिड में -OH समूह के रूप में एक ही अतिरिक्त ऑक्सीजन परमाणु होता है, जो कि ट्रोस्रोसीन के रूप में होता है। और फूलों की अधिकांश सुगंध, हालांकि सभी नहीं, इन दो अणुओं में से एक के रूप में उत्पन्न होती हैं।

दालचीनी एसिड के नाम पर कोई रहस्य नहीं होना चाहिए - यह वह है जो दालचीनी को एक परिचित गंध देता है। दालचीनी लॉरेल परिवार के दालचीनी परिवार से सदाबहार पेड़ों की सूखी छाल है, जो हमें याद दिलाती है कि कई पौधों की पंखुड़ियों के अलावा अन्य हिस्से भी होते हैं जो सुगंध पैदा करते हैं। एक एंजाइम जो एक एसिड का उत्पादन करने के लिए फेनिलएलनिन से एक एमिनो समूह को हटाता है जिसे PAL कहा जाता है, और यह उसी नाम के जीन द्वारा एन्कोड किया गया है। अधिकांश पौधों में कई पाल जीन होते हैं। घोस्टफिश के सेवारत मॉडल में चार पाल जीन होते हैं, और वे पौधे के विभिन्न हिस्सों में काम करते हुए अलग-अलग डिग्री की गतिविधि प्रदर्शित करते हैं। कई पाल जीन होने से समझ में आता है, चूंकि एक ही फेनिलएलनिन शून्य से एमिनो समूह, जैसे कि सिनामिक एसिड, कई पौधे के अणुओं को उत्पन्न करता है, और न केवल अस्थिर। इनमें लिग्निन , लकड़ी में पाया जाने वाला एक बड़ा अणु और रंग देने वाले रंजक हैं। कुछ पौधे पाल का उपयोग करते हैं प्रतिक्रियाओं की एक लंबी श्रृंखला को ट्रिगर करने के लिए अग्रणी चाकॉन के उत्पादन के लिए, एक अणु जो अंततः एन्थोकायनिन डाई में बदल जाता है।

फेनिलएलनिन सुगंध का उत्पादन करने का एक अन्य तरीका अमीनो एसिड के दो विघटन शामिल हैं। अमीनो समूह (-एनएच 2) और एसिड समूह (-ओओएचएच) को हटा दिया जाता है, अर्थात, वह सब कुछ जो अणु को अमीनो एसिड के रूप में चिह्नित करता है। शेष अणु कई अन्य सुगंधित अणुओं के उत्पादन के लिए शुरुआती बिंदु बन जाता है। गुलाब की पंखुड़ियों में इस सर्जरी के लिए आवश्यक एंजाइमों का स्तर दिन के अंत में वयस्क फूलों में सबसे अधिक बार प्राप्त होता है, जब परागण करने वाले कीटों को आकर्षित करना सबसे महत्वपूर्ण होता है। विकास ने गारंटी दी है कि जीन सही समय पर सबसे अधिक सक्रिय हो जाते हैं।

फेनिलएलनिन से एसिड समूह को हटाने वाले एंजाइमों के लिए जिम्मेदार जीन की खोज के लिए एक वास्तविक जासूसी जांच की आवश्यकता थी। आनुवांशिक रंग डेटा बैंकों को अनुक्रमों की तलाश में कंघी किया गया था, जो कि अन्य जीवों में ज्ञात जीन के साथ समानता से, एक एंजाइम का उत्पादन कर सकता है जो फेनिलएलनिन से एसिड समूह को हटा देता है। वैज्ञानिकों ने एक सुराग पर ठोकर खाई, जब उन्होंने जानवरों के जीनों के समान प्लांट डीएनए अनुक्रमों की खोज की, जो एक डीओपीए अणु से एक एसिड समूह को हटाते हैं , या डायोक्सिफेनिलानिन , फेनिलएलनिन के समान होता है। पार्किंसंस रोग के इलाज के लिए एक ही अणु का उपयोग किया जाता है। डीएनए का यह खंड पौधों में तब और उन जगहों पर सबसे अधिक सक्रिय था, जहां फेनिलएलनिन से वाष्पशील अणुओं का उत्पादन अधिकतम था। जब उत्परिवर्तित पेटुनीया में प्रयोग के रूप में इन जीनों की गतिविधि को दबा दिया गया था, तो सुगंधित पदार्थों का उत्पादन बंद हो गया था। गुलाब के लिए उपलब्ध जीन के संस्करण के लिए भी यही सच था।

पेटुनीया और गुलाब में इस आनुवंशिक कोड की विविधताएं एंजाइम उत्पन्न करती हैं जो जानवरों के एंजाइमों के समान 65% हैं जो डीओपीए में एसिड समूह को हटाते हैं, और अन्य पौधों के एंजाइमों के समान हैं जो अन्य अणुओं में एसिड समूह को हटाते हैं। साथ में, ये जीन संबंधित जीन के परिवार से संबंधित हैं। तो यह समझ में आता है कि वे सभी एक सामान्य पूर्वज जीन से आए थे।

फूलों के पौधों में कई अन्य जीन होते हैं जो अन्य सुगंधित यौगिकों के उत्पादन के लिए आवश्यक एंजाइमों को एन्कोडिंग करते हैं। वे कहां से आए थे? संभवतः उनमें से अधिकांश, या शायद सभी, जीन से जुड़े हैं जो अन्य पौधों के कार्यों के काम के लिए महत्वपूर्ण हैं, और अतीत में जीन की नकल करने से आते हैं। जाहिर है, यह लोकप्रिय चाय गुलाब के "चाय" स्वाद विशेषता के लिए जिम्मेदार जीन के विकास के दौरान हुआ। जब 18 वीं शताब्दी के अंत में चीनी गुलाब के प्राचीन जीन ने यूरोप में प्रवेश किया, तो यह तुरंत स्पष्ट हो गया कि वे यूरोपीय लोगों से गंध में भिन्न थे। कई वर्षों बाद, यह अनोखी खुशबू कुछ यौगिकों के साथ जुड़ी हुई थी। तब तक, चीनी और यूरोपीय गुलाब के बीच संकर पहले ही प्राप्त हो चुके थे। चाय की गुलाब के रूप में जानी जाने वाली ये संकर विशेष रूप से लोकप्रिय हैं, और इसका एक कारण उनकी मजबूत और आकर्षक सुगंध है, जो संकर के चीनी पूर्वज से विरासत में मिली है। इन स्वादों में, एक अणु (3,5-डाइमिथोक्सिटोलिन, या डीएमटी [3,5-डाइमिथोक्सिटोलुइने]) फूलों द्वारा उत्पादित सभी सुगंधित अणुओं के 90% तक हो सकता है। यूरोपीय गुलाब की पंखुड़ियाँ इनमें से बहुत कम अणुओं का उत्पादन करती हैं, और कभी-कभी वे इनका उत्पादन बिल्कुल नहीं करती हैं।

DMT अणु फूलों की अन्य सुगंधों से जुड़ा होता है जिसमें छह कार्बन परमाणुओं की एक मुख्य अंगूठी होती है, जिनमें से कुछ कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं के वर्गीकरण से सुशोभित होते हैं। विभिन्न जीन और एंजाइम फूलों को ऐसे सजाए गए छल्ले बनाने का अवसर देते हैं। चीनी गुलाब के जीन द्वारा एन्कोड किए गए दो एंजाइम, और चीनी गुलाब की पंखुड़ियों में सक्रिय, डीएमटी के उत्पादन के लिए अग्रणी कुछ संशोधन का उत्पादन कर सकते हैं। यूरोपीय गुलाब ऐसा क्यों नहीं कर सकते? उनके पास आवश्यक परिवर्तन करने के लिए आवश्यक जीनों का सेट नहीं है। दो बहुत करीब है, लेकिन विभिन्न जीन, गुलाब में इसी रासायनिक परिवर्तन के लिए नेतृत्व, चीनी से उतरा; उन्हें OOMT1 और OOMT2 कहा जाता है। शुद्ध यूरोपीय गुलाब में इन दो जीनों में से केवल एक होता है, लेकिन डीएमटी की उपस्थिति के लिए दोनों प्रोटीनों को सुगंधित अंगूठी को संशोधित करने की आवश्यकता होती है। OOMT1 और OOMT2 में 350 अमीनो एसिड 96% समान हैं, और 350 अमीनो एसिड में से सिर्फ एक में परिवर्तन से सबसे अधिक संभावना है कि वे क्या पेटल कोशिकाओं में उत्पादन कर सकते हैं इस अंतर के लिए जिम्मेदार हैं। यह सब बताता है कि पहले, सबसे अधिक संभावना है, केवल एक ओओएमटी जीन था जो दोहराव से गुजरता था, जिसके बाद दो प्रतियों में से एक डीएनए म्यूटेशन से गुजरता था, और इसके परिणामस्वरूप, प्रोटीन एंजाइम के अमीनो एसिड इसे बदल दिया।

सबसे पहले कौन सा जीन था? यदि आप OOMT जीन की तुलना कई अलग-अलग गुलाबों में करते हैं, तो उनमें से अधिकांश में OOMT2 जीन होंगे, लेकिन केवल चीनी गुलाब के वंशज OOMT1 होंगे। गुलाब के विकासवादी पेड़ की संरचनात्मक विशेषताओं से, यह इस प्रकार है कि, सबसे अधिक संभावना है, चीनी गुलाब दूसरों की तुलना में बाद में समय पर दिखाई दिए। यह इस बात का पुख्ता सबूत होगा कि OOMT2 OOMT1 की तुलना में अधिक समय तक मौजूद है, और OOMT2 में दोहराव आया है।

लेकिन मनुष्यों के लिए आकर्षक गंध के साथ गुलाब प्राप्त करना इस जीन दोहराव और उत्परिवर्तन की सफलता का कारण नहीं हो सकता है। यह जीन जीवित और सफल क्यों हुआ? यह सभी मधुमक्खियों के बारे में है: फूलों के महत्वपूर्ण परागणकर्ता, जाहिरा तौर पर, डीएमटी को महसूस करने में सक्षम हैं।

मैक्सिन सिंगर ने 1957 में येल में डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की। उन्होंने नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज और जर्नल ऑफ़ बायोलॉजिकल केमिस्ट्री एंड साइंस के प्रोसीडिंग्स के संपादकीय बोर्डों में काम किया। कई वैज्ञानिक पुरस्कार प्राप्त किए। "फ्लावर्स, एंड द जेनेस दैट जेनरेट देम" (ब्लॉसम: एंड द जेनेस दैट मेक देम), मैक्सिन एफ। सिंगर, 2018 पुस्तक का एक अंश।