Расшифровка клеточной основы цветочного аромата

Цветочные ароматы — это природная приманка, привлекающая опылителей и помогающая растениям адаптироваться к условиям среды. Эти запахи, в основном вырабатываемые в лепестках, состоят из сложных соединений, таких как терпеноиды и бензеноиды/фенилпропаноиды, которые имеют огромную декоративную и коммерческую ценность.

Однако, несмотря на успехи в идентификации генов, связанных с выработкой летучих веществ, клеточные ландшафты, где создаются эти ароматы, и динамическая экспрессия связанных генов остаются малоизученными. Для преодоления этого пробела требуется детальное исследование молекулярной и клеточной организации лепестков цветов.

В новаторском исследовании учёные из Северо-Западного университета A&F создали первую в истории карту экспрессии генов на уровне одной клетки для лепестков Prunus mume (сливы мэйхуа). Исследование, опубликованное в Horticulture Research 10 июля 2024 года, использует передовую технологию single-cell RNA sequencing для анализа активности генов в лепестках на стадиях бутонизации и полного цветения.

Ключевые открытия:

• Идентифицировано 6 различных типов клеток, включая эпидермальные и паренхимные клетки, а также сосудистые ткани, каждый из которых играет специализированную роль в производстве аромата.
• Исследование проводилось на лепестках ароматного сорта "Fenhong Zhusha". Пик динамики аромата пришёлся на фазу полного цветения, с доминированием летучих веществ бензилацетата и эвгенола.
• Интеграция данных single-cell и bulk RNA sequencing позволила определить 28 генов в пути биосинтеза бензеноидов/фенилпропаноидов, включая PmPAL2, PmBAHD3 и PmEGS1, все они демонстрировали стадийно-специфичную экспрессию.
• Ключевое открытие: PmBAHD3 оказался многофункциональным ферментом, синтезирующим как бензилацетат, так и эвгенол. Эти гены были преимущественно активны в эпидермальных и паренхимных клетках, что подтверждено методом in situ гибридизации.

Этот клеточный атлас не только проясняет молекулярные механизмы, лежащие в основе знаменитого аромата Prunus mume, но и предлагает новые перспективы для изучения пространственно-разделённых метаболических процессов в лепестках древесных растений.

Значение и перспективы:

Старший исследователь работы, доктор Тенгсюнь Чжан, отметил: "Наше исследование раскрывает клеточную сложность биосинтеза цветочного аромата у Prunus mume. Эта работа не только предоставляет детальную молекулярную дорожную карту, но и открывает новые возможности для развития декоративного садоводства и парфюмерной промышленности".

Нацеливание на ключевые гены, такие как PmBAHD3, может позволить селекционерам создавать новые ароматные сорта с улучшенными характеристиками запаха. Кроме того, клеточный атлас Prunus mume служит моделью для изучения производства аромата у других декоративных растений, предлагая преобразующий потенциал для парфюмерной и пищевой промышленности.