به حداکثر رساندن تولید آپوکاروتنوئید زعفران در بافت‌های مختلف کاروتنوئید میوه گوجه‌فرنگی

ادویه زعفران، ارزش تجاری خود را مدیون آپوکاروتنوئیدهای خاص خود است: کروسین، پیکروکروسین و سافرانال. در زعفران، این ترکیبات از طریق تجزیه اکسیداتیو توسط آنزیم دی‌اکسیژناز 2 (CCD2) از زآگزانتین بیوسنتز می‌شوند. گیاهان گوجه‌فرنگی تراریخته که CsCCD2 را در میوه بیان می‌کنند، به نام Tomaffron، با وجود کمبود سوبسترا برای CsCCD2، سطوح بالایی از آپوکاروتنوئیدهای زعفران را تجمع می‌دهند. در مطالعه حاضر، CsCCD2 به Xantomato وارد شده است. این گونه گوجه‌فرنگی به دلیل ترکیبی از چهار آلل جهش‌یافته، سطوح بالایی از زآگزانتین و بتاکاروتن را در میوه رسیده تجمع می‌دهد.

ژنوتیپ‌های Xantomato و Tomaffron برای بهینه‌سازی تولید آپوکاروتنوئید ترکیب شده‌اند. بهترین لاین‌های تراریخته به ترتیب ۱۵ و ۱۴ برابر کروسین و پیکروکروسین بیشتر از تومافرون و همچنین چهار برابر افزایش بتاکاروتن در مقایسه با زانتوماتو داشتند، البته با هزینه کاهش عملکرد میوه. جداسازی چهار جهش برای یافتن بهترین ترکیب برای به دست آوردن سطوح بالای آپوکاروتنوئیدهای زعفران بدون اثرات نامطلوب بر عملکرد میوه انجام شده است. گیاهانی که جهش‌های پررنگ ۳ (hp3) و BETA (BSh) را داشتند، به ترتیب ۶ و ۱۵ برابر کروسین و پیکروکروسین بیشتر از تومافرون جمع‌آوری کردند، بدون اینکه اثرات پلیوتروپیک قابل مشاهده‌ای داشته باشند.

علاوه بر این، این سطوح بالای آپوکاروتنوئیدهای زعفران در میوه‌هایی به دست آمد که سطوح بالایی از لیکوپن و بتاکاروتن را به طور مستقل یا ترکیبی جمع می‌کردند، که نشان‌دهنده نقش تنظیمی آپوکاروتنوئیدهای تولید شده است و نشان می‌دهد که می‌توان سطح هر دو نوع مولکول‌های محرک سلامت را به طور همزمان افزایش داد.

Saffron spice owes its commercial appreciation to its specific apocarotenoids: crocins, picrocrocin, and safranal. In Crocus sativus, these compounds are biosynthesized from zeaxanthin through oxidative cleavage by the carotenoid cleavage dioxygenase 2 (CCD2). Transgenic tomato plants expressing CsCCD2 in the fruit, named Tomaffron, accumulate high levels of saffron apocarotenoids despite the low substrate availability for CsCCD2. In the present study, CsCCD2 has been introduced into Xantomato; this tomato variety accumulates high levels of zeaxanthin and β-carotene in ripe fruit due to a combination of four mutant alleles.

Xantomato and Tomaffron genotypes have been combined to optimize apocarotenoid production. The best transgenic lines accumulated 15 and 14 times more crocins and picrocrocin than Tomaffron, alongside a fourfold increase in β-carotene compared to Xantomato, albeit at a cost in fruit yield.

Segregation of the four mutations has been carried out to find the best combination for obtaining high levels of saffron apocarotenoids without adverse effects on fruit yield. Plants harboring the high-pigmented 3 (hp3) and BETA (BSh) mutations accumulated 6 and 15 times more crocins and picrocrocin than Tomaffron, without observable pleiotropic effects. Additionally, those high levels of saffron apocarotenoids were obtained in fruit accumulating high levels of both lycopene and β-carotene independently or in combination, suggesting a regulatory role for the apocarotenoids produced and indicating that it is possible to increase the levels of both types of healthy promoting molecules simultaneously.