您在糖果和苏打水中喜欢的樱桃味很可能是通过在远离樱桃树的实验室中研究植物而发现的芳香和风味化合物的组合。它和杏仁提取物的甜味实际上可能来自矮牵牛花。
有些味道和香气比其他的更难以捉摸，普渡大学的一个研究小组最近发现了香料行业最令人垂涎的化合物之一的分子配方：苯甲醛。它可能听起来不好吃，但它是一些最受欢迎的口味的关键，包括樱桃、杏仁和覆盆子。对食品工业的经济价值仅次于香兰素。
普渡大学农学院生物化学特聘教授 Natalia Dudareva 和博士后研究员 Xing-Qi Huang 使用矮牵牛花发现了有价值的风味化合物苯甲醛的分子配方。该化合物存在于许多水果以及矮牵牛的香气中。图片来源：普渡大学图片/Xing-Qi Huang
领导该团队的普渡大学农学院生物化学特聘教授 Natalia Dudareva 说：“苯甲醛赋予了令人愉悦的杏仁味，是许多水果香气的一部分。” “这种气味会吸引传粉者，除了那些水果，它还存在于其他植物中，包括矮牵牛。”
生物化学家追踪称为生物合成途径的分子配方，这些配方制造这些化合物，并允许将它们装瓶成不同口味的产品，以供我们享用。她解释说，当分子配方中的步骤缺失时，自然过程之外的化学物质就会被用于商业生产。
“当添加化学反应来填补空白时，这可能是一个问题，”同时也是普渡大学植物生物学中心主任的杜达雷瓦说。 “使用完全天然的途径获得风味化合物会更好、更安全，但很难发现所有步骤。苯甲醛有一条特别令人费解的生物合成途径，直到现在还没有完全揭示出来。”
普渡大学农学院生物化学杰出教授 Natalia Dudareva 站在她的实验室里。 Dudareva 领导的一组研究人员绘制了苯甲醛的生物合成途径，苯甲醛是食品工业中最有价值的风味化合物之一。图片来源：普渡农业通讯公司照片/Tom Campbell
Dudareva 和她的团队研究了矮牵牛花的气味，以发现苯甲醛的分子配方。这项工作在Nature Communications杂志上发表的一篇论文中进行了详细介绍 ，并且该工艺的专利正在申请中。
“我们的目标是在植物中发现自然过程，这一发现使一种非常重要的风味化合物成为可能，”Dudareva 说。 “合成的替代方法是真正从植物中提取化合物，但全球生产中只有 1.5% 的苯甲醛是通过这种方式获得的。”
她说，生物合成途径很可能会通过基因转移到酵母或其他微生物中，以将其纳入广泛用于食品和饮料生产的发酵过程中。
研究小组发现，矮牵牛花瓣中苯甲醛的合成涉及一种酶，该酶由两个亚基组成，必须等量结合才能激活，该论文的作者、Dudareva 实验室的博士后研究员黄兴奇说。
黄兴奇，普渡大学农学院生物化学系博士后研究。黄站在矮牵牛花中，他在研究风味和香气化合物的生物合成途径时使用了他的作品。图片来源：普渡大学图片/亚伟
“直接负责合成苯甲醛所需的基因和酶是一个谜，”他说。 “我们尝试了更新的技术，但它采用了经典的方法来揭示它。”
他说，这是因为这种酶很少需要两个亚基才能发挥作用，或者说是异二聚体结构。
因此，早期寻找单个组件的分析方法似乎失败了。
“我们估计了我们正在寻找的蛋白质的大小，以及我们已经了解的有关该途径的其他信息，”他说。 “我们没有在该估计中找到单一蛋白质的良好迹象。但是，我们注意到存在两个分量，大小只有我们估计的一半，我们认为可能存在两个子单元。”
进一步的蛋白质组学和基因测试证实了他们的想法并揭示了所涉及的基因。他们的工作发现蛋白质亚基也有一个有趣的结构。它们形成了所谓的罗斯曼褶皱，以已故普渡大学教授和著名结构生物学家迈克尔罗斯曼的名字命名。
“Purdue 到处都是矮牵牛，” Dudareva 说。 “这个发现是最新的。我们现在已经绘制出几乎所有负责矮牵牛气味化合物的基因和途径。还要在其中看到体现由同事发现并命名的结构的蛋白质，增加了一种特殊的联系。很漂亮。”
参考文献：“过氧化物酶体异二聚酶参与植物中苯甲醛的合成”，作者：Xing-Qi Huang、Renqiguguo Li、Jianxin Fu 和 Natalia Dudareva，2022 年 3 月 15 日，Nature Communications .
DOI：10.1038/s41467-022-28978-2
除 Dudareva 和 Huang 外，李仁秋国和傅建新参与了该研究，并为该论文的共同作者。
美国国家科学基金会 (IOS-1655438) 和美国农业部国家粮食和农业研究所 (Hatch 项目编号 17784) 资助了这项研究。
