提示：很大程度上要归功于比赛
许多花香对人的吸引力是一个很好的副作用。 当它们出现时，我们甚至都不在世界上。 尽管可以买到，但市售香水很少闻起来像花。 像“茉莉花”或“花园”之类的昂贵花哨瓶可能闻起来很香-但这只是真花的悲惨外表。
其原因之一是花朵通常会产生大量挥发性分子的混合物-多达一千种。 它们中的一些属于相互连接的化学基团，即使它们的结构差异很小，它们也会散发出非常不同的气味。 在彼此相关的花朵中，挥发性分子的比例（反映了基因的不同调节）和化学结构（反映了与合成所需的酶的产生相关的基因的活性）的比例都可以变化。 很难确定这种混合物的哪些特定成分对于吸引昆虫，鸟类或产生让人愉悦的气味很重要。 这特别困难，因为我们的嗅觉取决于一组复杂的神经细胞，并且在不同的人中有所不同。 香气的产生取决于植物的基因，包括我们在内的动物捕获这些香气的能力也取决于动物的基因。
与颜色一样，影响气味的挥发性化合物的化学性质取决于编码蛋白质酶的基因的存在。 这些酶顺序地工作以从它们前面的分子中产生复杂的有气味的分子，这些分子的存在取决于另一组基因和酶。 反过来，不同分子的相对数量取决于编码RNA和蛋白质的第三组基因，这对于调节和调节产生气味所必需的基因很重要。
当我们闻到玫瑰时，我们会感觉到数百种不同分子的混合物。 它们每个都是它们编码的一组基因和酶的结果，这些基因和酶引起玫瑰花瓣中的某些化学反应。 许多挥发性分子衍生自氨基酸
苯丙氨酸 。
植物通过一组编码必需蛋白质酶的基因，从较简单的分子中生成苯丙氨酸。 苯丙氨酸是
酪氨酸的近亲，
酪氨酸是植物用来制造
甜菜碱色素的氨基酸，也是一种带有碳原子环的芳香族化合物。 它们化学结构的差异仅在于酪氨酸具有额外的氧气（以连接至碳环的–OH基团的形式）。 哺乳动物通常从苯丙氨酸产生酪氨酸（植物为此使用不同的途径）。 衍生自苯丙氨酸和酪氨酸的令人愉快气味的分子的清单很长。
植物产生苯丙氨酸和酪氨酸以能够产生蛋白质。 但是进化论也是机会主义者，利用氨基酸作其他用途。 每种方法都取决于一种或多种其他基因的进化过程，这些其他基因编码的酶会利用RNA产生香气和蛋白质，这对于在正确的时间将花瓣中的基因包括在内是必不可少的。 由于基因的拷贝发生了突变，因此产生了许多芳香族挥发性分子-我们已经多次看到这种方案。 这是创建自然选择可以使用的基因变异的最有效方法之一。
为了由氨基酸苯丙氨酸或酪氨酸生产挥发性芳族物质，必须使用一种或多种反应对该氨基酸进行化学手术，所述反应的催化剂是某些酶。 这些反应之一从氨基酸上除去氨基（–NH2）。 如果以苯丙氨酸为起始分子，则结果为
肉桂酸 ； 如果酪氨酸是起始分子，则获得香豆酸。 这些酸之间的唯一区别是香豆酸具有与酪氨酸相同的–OH基团形式的额外氧原子。 花的大部分香气（虽然不是全部）起源于这两种分子之一。
肉桂酸的名字应该没有秘密-正是肉桂赋予了肉桂类似的气味。 肉桂是月桂树家族的肉桂树种的常绿乔木的干燥树皮，这使我们想起来，除了花瓣散发出香气以外，许多植物还有其他部分。 从苯丙氨酸中除去氨基以产生酸的酶称为
PAL ，由同名基因编码。 大多数植物都有几个PAL基因。
fish鱼的服务模型具有四个PAL基因，它们表现出不同程度的活性，在植物的不同部位起作用。 具有多个PAL基因是有意义的，因为相同的苯丙氨酸减去氨基（例如肉桂酸）会生成许多植物分子，而不仅仅是挥发性分子。 其中包括
木质素 （一种在木材中发现的大分子）和使颜色变色的颜料。 一些植物使用PAL触发长链反应，导致产生
查尔酮 ，
查尔酮是一种分子，最终变成花青素染料。
产生苯丙氨酸香气的另一种方法涉及两个解剖氨基酸。 除去了氨基（–NH2）和酸基（–COOH），也就是将分子表征为氨基酸的所有物质。 剩余的分子成为生产许多其他芳族分子的起点。 玫瑰花瓣中进行此手术所需的酶水平通常是在一天结束时在成年花朵中达到的，这时吸引传粉昆虫是最重要的。 进化保证了基因在正确的时间变得最活跃。
发现负责从苯丙氨酸中去除酸性基团的酶的基因需要进行真正的侦查研究。 与其他生物已知的基因类似，遗传颜色数据库被组合起来以寻找序列，这些序列可以产生一种可以从苯丙氨酸中去除酸基的酶。 当科学家发现类似于动物基因的植物DNA序列时，科学家发现了一条线索，该序列从DOPA分子或类似于苯丙氨酸的
二氧苯丙氨酸中去除了一个酸性基团。 相同的分子可用于治疗帕金森氏病。 那时，DNA片段在植物中以及在苯丙氨酸产生挥发性分子的时间和最大的地方最活跃。 作为突变矮牵牛的实验，当抑制这些基因的活性时，芳香物质的产生就停止了。 玫瑰可用基因的版本也是如此。
矮牵牛和玫瑰中这种遗传密码的变化产生的酶与去除DOPA中酸基的动物的酶具有65％的同一性，并且与去除其他分子中酸基的其他植物酶相似。 这些基因一起属于相关基因家族。 因此，有理由假设它们都来自一个共同的祖先基因。
开花植物可以具有更多的基因，这些基因编码产生其他芳香族化合物所需的酶。 他们来自哪里？ 它们中的大多数或全部可能与对其他植物功能的工作很重要的基因有关，这些基因过去复制过基因。 显然，这是在流行茶玫瑰的“茶”味特征相关基因进化过程中发生的。 当中国古老的玫瑰属植物在18世纪末进入欧洲时，立即很清楚它们的气味与欧洲的有所不同。 多年后，这种独特的香气与某些化合物有关。 届时，中国和欧洲的玫瑰杂交种已经被接受。 这些被称为茶玫瑰的杂种特别受欢迎，其原因之一是其强烈而诱人的香气，其继承自杂种的中国祖先。 在这些香精中，一个分子（3,5-二甲氧基甲苯或DMT [3,5-二甲氧基甲苯]）最多可占花朵产生的所有芳香族分子的90％。 欧洲玫瑰的花瓣很少产生这些分子，有时它们根本不产生。
DMT分子与由六个碳原子主环组成的其他花香有关，其中一些装饰有多种碳，氢和氧原子。 各种基因和酶使人们有机会在花朵上产生这样的装饰环。 中国玫瑰基因编码的两种酶在中国玫瑰的花瓣中有活性，可以产生一些修饰，从而导致DMT的产生。 欧洲玫瑰为什么不能这样做？ 它们没有进行必要更改所需的基因集。 来自中国的两个非常接近但不同的基因导致玫瑰的化学变化。 它们分别称为OOMT1和OOMT2。 纯欧洲玫瑰只有这两个基因之一，但是这两种蛋白质都需要以导致DMT出现的方式修饰芳香环。 OOMT1和OOMT2中的350个氨基酸具有96％的同一性，仅350个氨基酸中的一个变化很可能是造成它们在花瓣细胞中产生的差异的原因。 所有这些表明，最有可能的是，只有一个OOMT基因进行了重复，此后两个拷贝中的一个经历了DNA突变，其结果是，由其编码的蛋白酶的氨基酸发生了变化。
哪个基因是第一个？ 如果在许多不同的玫瑰中比较OOMT基因，它们中的大多数将具有OOMT2基因，但是只有中国玫瑰的后代才会具有OOMT1。 从玫瑰进化树的结构特征可以看出，很可能中国玫瑰在时间轴上的出现要比其他时间晚。 这将令人信服地证明OOMT2存在的时间比OOMT1长，并且OOMT2已经重复。
但是，获得具有对人类有吸引力的气味的玫瑰，并不是这种基因复制和突变成功的原因。 为什么这个基因能够存活并成功？ 这完全是关于蜜蜂的：重要的花朵传粉者显然能够感受到DMT。
Maxine Singer于1957年在耶鲁大学获得博士学位。 她曾在《美国国家科学院院刊》和《生物化学杂志》编辑部工作。 获得了许多科学奖。 摘自《花与生成它们的基因》（花朵：以及创造它们的基因），马克辛·辛格，2018年。