La petunia appartiene alla famiglia delle Solanaceae, sottofamiglia Petunioideae. Il popolare fiore omonimo deve il suo nome al francese, che a sua volta ha ripreso da una lingua tupi-guaraní la parola pétun, «tabacco». Le petunie sono in genere impollinate dagli insetti, con l'eccezione di P. exserta, una specie rara dai fiori rossi, impollinata dai colibrì.
L'ibrido Petunia × atkinsiana comprende tutte le petunie ibride tra P. axillaris e P. integrifolia. P. axillaris, la petunia bianca a fiore grande o petunia profumata di notte, porta fiori bianco crema dal profumo notturno, con tubi lunghi e sottili e aperture alquanto appiattite. I suoi fiori, gli unici bianchi del genere, sono lunghi da 3 a 7 cm. È originaria del Sud America temperato, che comprende il Brasile meridionale e parti di Argentina e Uruguay. Le molecole odorose emesse dagli ibridi sono in genere simili a quelle di P. axillaris.
P. integrifolia, una specie dai fiori viola, piccoli e larghi, privi di un profumo intenso, è visitata di giorno dalle api. P. axillaris, una specie dai fiori bianchi e slanciati, è visitata di notte dalle sfingi e comincia a produrre un profumo intenso al crepuscolo. I fiori della cultivar ibrida Mitchell sono profumati solo la sera e di notte. I benzenoidi volatili sono i principali composti del profumo floreale di questa cultivar. Il benzoato di metile è il principale volatile floreale della petunia, e le transizioni giornaliere tra luce e buio sono gli stimoli predominanti per la tempistica della sua emissione. In Petunia hybrida le emissioni volatili sono dominate dai prodotti della via biosintetica dei benzenoidi/fenilpropanoidi volatili floreali, e quattro dei principali sono il benzoato di metile, il benzoato di benzile, la benzaldeide e l'isoeugenolo.
Nella cultivar Mitchell il fattore di trascrizione ODORANT1 controlla la sintesi dei benzenoidi volatili. I suoi livelli di trascritto nella cultivar non profumata W138 sono solo il 10% di quelli di Mitchell. Esperimenti con il gene dell'orologio LATE ELONGATED HYPOCOTYL (PhLHY) indicano che esso stabilisce direttamente la tempistica dell'emissione dei volatili floreali, limitando alla sera l'espressione di ODO1 e di altri geni della via dei volatili. Gli esperimenti hanno mostrato che la sfinge Manduca sexta preferisce le piante profumate e che il profumo ne determina la scelta a breve distanza.
I fiori di Petunia integrifolia emettono soprattutto benzaldeide. I fiori di P. axillaris sottospecie axillaris emettono una miscela di composti benzenoidi e fenilpropanoidi volatili che comprende isoeugenolo ed eugenolo. I fiori di P. axillaris sottospecie parodii non emettono né isoeugenolo né eugenolo, ma contengono livelli elevati di acetato di diidroconiferile nei petali. Il gene dell'isoeugenolo sintasi di questa sottospecie presenta una mutazione da scivolamento della cornice di lettura (frame-shift) che lo rende inattivo. Tra i volatili emessi dai suoi petali sono stati identificati benzaldeide, alcol benzilico, benzoato di metile, acetato di benzile, salicilato di metile, benzoato di benzile e salicilato di benzile. L'eugenolo ha un profumo gradevole, speziato, di chiodo di garofano. Il salicilato di metile è un liquido viscoso incolore, dall'odore dolce e fruttato che ricorda la root beer.
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