장미는 아름다움뿐만 아니라 독특한 향기로 사랑받는 꽃입니다. 장미 향은 섬세한 생물학적 작동 구조로 만들어집니다. 작은 변화만으로도 장미의 향기는 쉽게 사라집니다. 수십 년 동안 정원사들은 장미 품종 개발에 매달렸습니다. 그 결과 다양한 색깔을 가진 꽃잎을 만들거나 해충에 강하고 생명력이 강한 장미를 만드는 데 성공했습니다. 하지만 식물을 조작하면 반작용이 나타날 수 있습니다. 개성적인 향기가 사라지는 것입니다. 

연구원들은 장미의 색뿐만 아니라 향기도 조사했습니다. 향이 생성되는 구조를 알아낸다면 냄새를 잃어버린 장미 종에게 되돌려 줄 수 있습니다. 장 모네 대학교 연구진은 1일(현지시간) 미국 국립과학원회보(PNAS)에 발표한 논문은 장미 향의 비밀을 밝혔습니다. 파르네실 피로인산 생성효소(FPP)와 제라니올(geraniol)이 핵심적인 역할을 한다는 것입니다. 장미 향을 생성하는 화학적 반응에 필수적인 요소입니다. 이번 발견은 더 예쁠 뿐 아니라 향기롭기까지 한 장미를 제작하는 데 도움을 줄 것입니다.

제라니올은 달콤한 향기가 태어나는 데 직접적으로 관여합니다. 장미는 FPP 효소와 다른 효소들과 함께 화학 반응을 일으켜 제라니올 화합물을 만듭니다. 이 과정에 장미 꽃잎 세포 속 세포질에 들어있는 NUDX1 가수분해 효소도 참여합니다. 향기를 강하고 달콤하게 만들려면 많은 NUDX1 가수분해 효소가 활동해야 합니다. 제라닐 이인산 (GPP)이 결합 분자로 역할을 다할 때 가능한 일입니다. 충분한 양의 GPP가 있어야 효소들을 묶어 강한 향을 제조해낼 수 있습니다.

보통 이런 화학적 현상을 일으키려면 결합 분자가 근방에 대기하고 있어야 합니다. 그런데 장미는 그렇지 않습니다. 

브누아 보아숑 프랑스 국립과학연구센터 식물 생화학자는 대부분 식물이 GGP와 NUDX1 가수분해 효소를 색소체라고 부르는 영역에 보관한다고 설명합니다. 효소를 저장한 색소체들은 광합성 과정에서 활약합니다. 보아숑과 연구진들은 장미가 제라니올을 만들기 위한 GPP를 어디에 두고 있는지 찾아 나섰습니다. 그는 장미가 GPP를 세포질에서 뽑아오거나 다른 공급처를 가지고 있다고 추측했습니다.

궁금증을 풀기 위해 연구진은 올드 블러쉬(Old blush)라는 분홍색 장미의 생화학적 구조를 조사했습니다. 식물을 부위별로 나누어 화합물이 이동하는 경로를 차단했습니다. 어떤 길을 막았을 때 제라니올 합성과 관련된 화합물들이 더 이상 모일 수 없는지 관찰했습니다. 제라니올을 더 이상 만들지 못하거나 미약한 양만 만드는 상황을 기다렸습니다. 만약 격리에도 불구하고 제라니올이 계속 일정 수준 이상 생성된다면 잘못된 접근법을 택했다는 의미가 됩니다.

실험 결과 식물 세포질 속에 새겨진 한 FPP 효소 이동 경로가 주목받았습니다. 이곳을 막자 FPP효소가 어떤 일을 하는지 명확해졌다. 제라니올 수치가 떨어진 것입니다.

FPP 효소는 두 화합물을 만들어낸다. 생성효소라는 이름에서 알 수 있듯 파르네실 피로인산을 창조합니다. 과학자들은 FPP 효소가 이에 더해 GPP도 제작한다고 말합니다. 논문의 공동 저자인 나탈리아 두다레바 퍼듀 대학교 식물학자는 장미가 GPP를 손쉽게 얻기 위해 FPP 생산 효소를 진화시켰을 수 있다고 주장했습니다. 효소를 이루고 있는 단백질 구조에서 두 아미노산이 파르네실 피로인산 생산 외에 GPP를 만들도록 변했다는 것입니다.

연구진은 FPP 생산 효소가 식물 내부에서 유사한 효능을 발휘하는지 확인했습니다. 효소가 제라니올을 제작하는 과정을 추적하기 위해 담뱃잎을 조작했습니다. 실험에서 예상대로 GPP와 파르네실 피로인산을 모두 검출할 수 있었습니다.

장미 향기를 만드는 원리를 이해했다면 응용할 차례입니다. 품종 개발 과정에서 향을 잃은 장미들에게 다시 향을 불어넣어 줄 수 있습니다. 보나숑은 본 연구를 통해 무취한 장미에게 향을 되돌릴 수 있다고 기대했습니다. 

※이 기사는 popsci.com 원문을 바탕으로 작성됐으며, 번역은 파퓰러사이언스코리아 소속 기자가 도왔습니다.

/ 글 JOCELYN SOLIS-MOREIRA 기자 & 육지훈 기자