Sapore di ciliegia nuovo e migliorato grazie al fiore di petunia

WEST LAFAYETTE, Ind. — Quel sapore di ciliegia che ti piace nelle caramelle e nella soda è probabilmente una combinazione di composti aromatici e aromatici scoperti attraverso lo studio delle piante in laboratori lontani dagli alberi di ciliegio. Questo e il dolce profumo del tuo estratto di mandorla potrebbero essere effettivamente la cortesia di un fiore di petunia.

Alcuni sapori e aromi sono più sfuggenti di altri e un team di ricercatori della Purdue University ha recentemente trovato la ricetta molecolare per uno dei composti più ambiti dall’industria degli aromi: la benzaldeide. Potrebbe non sembrare gustoso, ma è la chiave per alcuni dei sapori più popolari tra cui ciliegia, mandorla e lampone. È seconda solo alla vanillina in termini di valore economico per l’industria alimentare.


Natalia Dudareva, illustre professoressa di biochimica al College of Agriculture di Purdue, si trova nel suo laboratorio. Dudareva ha guidato un team di ricercatori che ha mappato il percorso biosintetico della benzaldeide, uno dei composti aromatici più preziosi per l’industria alimentare. (Foto della Purdue University/Tom Campbell) Scarica l’immagine

“La benzaldeide è ciò che dona quel piacevole profumo di mandorla ed è parte dell’aroma di molti frutti”, ha affermato Natalia Dudareva, illustre professore di biochimica al Purdue’s College of Agriculture, che guidava la squadra. “Quel profumo attira gli impollinatori e, oltre a quei frutti, si trova in altre piante, comprese le petunie”.

I biochimici rintracciano le ricette molecolari, chiamate vie biosintetiche, che producono questi composti e consentono loro di essere imbottigliati in diversi gusti per i prodotti di cui godiamo. Quando mancano passaggi nella ricetta molecolare, nella produzione commerciale vengono utilizzate sostanze chimiche al di fuori dei processi naturali, ha spiegato.

“Quando si aggiungono reazioni chimiche per colmare le lacune, può essere un problema”, ha affermato Dudareva, che è anche direttore del Center for Plant Biology di Purdue. “È molto meglio e più sicuro utilizzare un percorso completamente naturale per ottenere un composto aromatico, ma è difficile scoprire tutti i passaggi. La benzaldeide ha un percorso biosintetico particolarmente sconcertante e non è stato completamente rivelato fino ad ora”.

Dudareva e il suo team hanno studiato il profumo dei fiori di petunia per scoprire la ricetta molecolare della benzaldeide. Il lavoro è dettagliato in un articolo su Nature Communications ed è in attesa di brevetto sul processo.

“L’obiettivo è avere il processo naturale che si trova nelle piante e questa scoperta lo rende possibile per un composto aromatico molto importante”, ha detto Dudareva. “L’alternativa alla sintesi è davvero estrarre un composto dalle piante, ma solo l’1,5% della benzaldeide nella produzione mondiale si ottiene in questo modo”.

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Xing-Qi Huang, ricerca post-dottorato presso il Dipartimento di Biochimica di Purdue presso il College of Agriculture. Huang si trova tra i fiori di petunia che ha usato nel suo lavoro sulle vie biosintetiche dei composti aromatici e aromatici. (Foto della Purdue University/Ya Wei) Scarica l’immagine

Il percorso biosintetico sarà probabilmente trasferito geneticamente al lievito o ad altri microbi per incorporarlo nel processo di fermentazione ampiamente utilizzato nella produzione di alimenti e bevande, ha affermato.

Il team ha scoperto che la sintesi della benzaldeide nei petali di petunia coinvolge un enzima costituito da due subunità che devono combinarsi in quantità uguali per attivarsi, ha affermato Xing-Qi Huang, autore dell’articolo e ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Dudareva.

“Il gene direttamente responsabile e l’enzima necessario per la sintesi della benzaldeide erano un mistero”, ha detto. “Abbiamo provato tecniche più nuove, ma ci è voluto un approccio classico per rivelarlo”.

Ciò era dovuto alla rara necessità dell’enzima di due subunità per funzionare, o della struttura eterodimerica, ha detto.

Per questo motivo, i metodi di analisi precedenti alla ricerca di un singolo componente sembravano fallire.

“Stimiamo la dimensione della proteina che stiamo cacciando oltre ad altre cose che abbiamo imparato sul percorso”, ha detto. “Non stavamo trovando una buona indicazione di una singola proteina all’interno di quella stima. Tuttavia, abbiamo notato la presenza di due componenti di dimensioni pari alla metà della nostra stima e abbiamo pensato che forse ci fossero due subunità”.

Ulteriori test proteomici e genetici hanno confermato la loro idea e hanno rivelato i geni coinvolti. Il loro lavoro ha scoperto che anche le subunità proteiche hanno una struttura interessante. Formano quella che viene chiamata la piega di Rossmann, dal nome del defunto professore di Purdue e famoso biologo strutturale Michael Rossmann.

“Il purdue è dappertutto nella petunia”, ha detto Dudareva. “Questa scoperta è la più recente. Ora abbiamo mappato quasi tutti i geni e le vie responsabili dei composti odorosi di petunia. Vedere anche al suo interno proteine ​​che incarnano una struttura scoperta e che prende il nome da un altro membro della facoltà aggiunge una connessione speciale. È bella.”

Oltre a Dudareva e Huang, Renqiuguo Li e Jianxin Fu hanno partecipato alla ricerca e sono coautori dell’articolo.

La National Science Foundation (IOS-1655438) e l’Istituto nazionale per l’alimentazione e l’agricoltura dell’USDA (progetto Hatch numero 17784) hanno finanziato questa ricerca.

Scrittore: Elizabeth K. Gardner; 765-441-2024; ekgardner@purdue.edu

Fonti: Natalia Dudareva; dudareva@purdue.edu

Xing-Qi Huang; huan1377@purdue.edu


ASTRATTO

Un enzima perossisomiale eterodimerico è coinvolto nella sintesi della benzaldeide nelle piante

Xing-Qi Huang, Renqiuguo Li, Jianxin Fu, Natalia Dudareva

La benzaldeide, l’aldeide aromatica più semplice, è una delle sostanze volatili più diffuse che come attrattore impollinatore, sapore e composto antimicotico. Tuttavia, l’enzima responsabile della sua formazione nelle piante rimane sconosciuto. Usando una combinazione di in vivo Etichettatura isotopica stabile, biochimica classica, proteomica e approcci genetici, dimostriamo che nella petunia la benzaldeide è sintetizzata attraverso la via β-ossidativa nei perossisomi da un enzima eterodimerico costituito da subunità α e β, che appartengono al legame di NAD(P) Rossmann – piega superfamiglia. Entrambe le subunità sono da sole cataliticamente inattive ma, quando mescolate in quantità uguali, formano un enzima attivo, che mostra una stretta specificità del substrato nei confronti del benzoil-CoA e utilizza NADPH come cofattore. Le subunità alfa possono formare eterodimeri funzionali con subunità β filogeneticamente distanti, ma non tutte le subunità β collaborano con subunità α, almeno in Arabidopsis. L’analisi dell’espressione spaziale, evolutiva e ritmica dei geni che codificano per le subunità α e β ha rivelato che l’espressione del gene per la subunità α gioca probabilmente un ruolo chiave nella regolazione della biosintesi della benzaldeide.

Comunicazioni agricole: 765-494-8415;

Maureen Manier, capo dipartimento, mmanier@purdue.edu

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