Auf der Suche nach dem verlorenen Duft

Forscher entdecken die genetischen Grundlagen des Rosendufts

08.07.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Rosenblüten: Sie sehen schön aus - idealerweise duften sie auch gut. (Bildquelle: © P. Hugueney)
Rosenblüten: Sie sehen schön aus - idealerweise duften sie auch gut. (Bildquelle: © P. Hugueney)

Moderne Rosensorten sind oft geruchlos. Bei der Züchtung und Selektion auf andere Merkmale, ist der Duft ins Hintertreffen geraten. Um das wieder zu ändern, muss die Bildung der Duftkomponenten besser verstanden werden. Forschern gelang jetzt ein Durchbruch: Sie haben das Gen identifiziert, welches den charakteristischen Duft der „Königin der Blumen“ bestimmt. Dabei wurde zudem ein neuartiger Syntheseweg entdeckt. 

Die Rose steht symbolisch für Liebe und Lebensfreude. Die schönen Blumen wurden bereits in der Antike von den Römern und Ägyptern genutzt, um ihre Umgebung zu verschönern. Auch der Duft der Rosen wird seit jeher geschätzt. Rosenöl ist beispielsweise ein zentraler Duftbaustein von vielen Parfums. Doch die meisten modernen Sorten für den Schnittblumenmarkt haben ihren Duft teilweise oder gar vollständig verloren. Grund dafür ist die Konzentration auf rein äußerliche Attribute bei der Züchtung der Zierpflanzen. Denn die Rosen (Rosa x hybrida) sollen möglichst lange in der Vase überleben und schöne Blüten haben.

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Die Blütenblätter (Kronblätter) der Rosen wurden von den Forschern im Labor genauer untersucht, denn das ist der Teil der Blumen, der den Duft verströmt.

Die Blütenblätter (Kronblätter) der Rosen wurden von den Forschern im Labor genauer untersucht, denn das ist der Teil der Blumen, der den Duft verströmt.

Bildquelle: © A. Cheziere, Université Jean Monnet

Mit anderen Worten: Im Blumenladen kaufte das Augen und nicht die Nase. Mehr und mehr Kunden wünschen sich jedoch schöne und duftende Rosen. Ein Grund, die Komponenten besser zu verstehen und gezielt zu fördern, die für den Duft der Rosen verantwortlich sind. Aber gibt es ihn überhaupt, „den“ Rosenduft? Französische Forscher gingen der Sache auf den Grund.

Der Vergleich zweier Rosensorten schafft Klarheit

Der charakteristische Rosenduft besteht aus Hunderten von flüchtigen (volatilen) Verbindungen, die auch noch von Sorte zu Sorte variieren. Das macht es nicht einfach, „den“ Rosenduft zu untersuchen. Eine wichtige Klasse flüchtiger und geruchsbildender chemischer Verbindungen sind die Monoterpene. Diese sind Hauptbestandteil von ätherischen Ölen und machen bis zu 70 Prozent des Dufts in einigen Rosensorten aus. Eine dieser duftenden Sorten ist beispielsweise „Papa Meilland“. Obwohl in der Vergangenheit mehrere Gene, die mit der Bildung von Duftkomponenten in Verbindung stehen, entdeckt wurden (z. B. Guterman et al., 2002), blieb die genaue biochemische Umwandlung von Monoterpenen in den Rosen ein Rätsel. Dem Forscherteam gelang es nun, ein Enzym und das dazugehörende Gen für diesen Umwandlungsschritt zu identifizieren.

Um den genetischen Faktoren auf die Spur zu kommen, bietet sich der Vergleich zwei extrem variierender Sorten an. Im gewünschten Merkmal, dem Duft, sollten diese stark voneinander abweichen. Die Wissenschaftler verglichen die stark duftende Rose „Papa Meilland“ mit der geruchslosen Sorte „Rogue Meilland“. Die Forscher betrachteten die Gesamtheit aller abgelesenen (transkribierten) Gene - das Transkriptom der Blumen und suchten quasi die Nadel im Heuhaufen. Bei der duftenden „Papa Meilland“ entdeckten die Wissenschaftler ein vielversprechendes Gen, das im Vergleich zur duftlosen Sorte ungefähr 8.000-mal häufiger abgelesen wurde.

Ein neuer Weg führt zum Rosenduft

Weitere Untersuchungen untermauerten, dass das entdeckte Gen das richtige ist. Das Enzym, das durch dieses kodiert wird, wurde fast ausschließlich in den Blütenblättern gebildet – der Teil einer Rose, der den Duft verbreitet. Die Bildung des Proteins verstärkte sich in späteren Entwicklungsphasen der Blüte. Zu dem Zeitpunkt, wenn der Duft am stärksten ist. Um zu prüfen, ob das Gen der richtige Kandidat für den Blütenduft ist, untersuchten die Forscher andere duftende Sorten. Auch in diesen fanden sie das Gen stark exprimiert. Wie die Forscher feststellten, ist das entdeckte Gen bzw. das durch dieses kodierte Eiweiß, für den Aufbau des Duftstoffs Geraniol verantwortlich. Dieser ist ein Hauptbestanteil von Rosenöl und zählt chemisch zu den Monoterpenen. Aber es wurden auch andere Duftkomponenten wie Farnesol (das zu den Sesquiterpenen zählt) mit Hilfe des Enzyms gebildet.

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Die Rosensorte

Die Rosensorte "Papa Meillan" ist eine stark duftende Rose, die den Wissenschaftlern als Untersuchungsobjekt diente. Sie wurde mit der fast geruchlosen Sorte "Rogue Meilland" verglichen.

Bildquelle: Rosier/wikimedia.org; CC BY-SA 3.0

Das besagte Gen codiert für ein Enzym, das zu den Nudix-Hydrolasen zählt. Die Forscher tauften das Gen daher „RhNUDX1“. Die Entdeckung des Enzyms war eine Überraschung. Denn bisher nahm man an, dass für die Bildung von Monoterpenen immer die enzymatische Wirkung von Terpensynthasen erforderlich ist. Bei anderen Pflanzen, z. B. Basilikum, ist das der Fall. Beim Basilikum wird eine Terpensynthase (Geraniol Synthase – GES) benötigt, um aus der Ausgangsverbindung Geranylpyrophosphat – GPP letztlich den Duftstoff Geraniol zu bilden. In der Rose werden die Hauptduftkomponenten nicht durch Terpensynthasen, sondern auf einer alternativen Route - einem neuartigen enzymatischen Syntheseweg - produziert: Geraniol wird mit Hilfe eines Enzyms einer völlig unerwarteten Enzymfamilie (Nudix) erzeugt. Das Enzym RhNUDX1 erfüllt demnach dieselbe Funktion wie GES in Basilikum.  

Dies wirft weitere Fragen auf - z. B. wann und warum sich dieser ungewöhnliche Ablauf in den Rosen entwickelt hat und ob dieser Syntheseweg auch in anderen Pflanzen verbreitet ist oder nur bei den Rosen vorkommt. Monoterpene sind sehr wichtige Pflanzeninhaltsstoffe. Unterschiedliche Synthesewege, könnten sich somit mehrfach entwickelt haben.  

Die Blüten duften – in Zukunft vielleicht auch wieder bei Schnittblumen

Mit den jetzt vorliegenden Erkenntnissen, wird es möglich sein, den Duft zurück in schöne und langlebige Rosen zu bringen. Das entdeckte Gen kann als Marker eingesetzt werden. Mit der markergestützten Selektion kann im Züchtungsprozess frühzeitig kontrolliert werden, ob eine neue Sorte mit dem Gen ausgestattet ist oder nicht - noch bevor die Pflanzen Blüten ausgebildet haben. Ist sie es, hat sie gute Voraussetzungen, dass ihre voll entwickelten Blüten duften.  

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