اثر تنش نمک بر تولید آپوکاروتنوئیدها و بیان ژن‌های مرتبط با بیوسنتز آنها در زعفران

بست‌های زعفران به طور گسترده به‌عنوان افزودنی‌های غذایی و داروی سنتی در ایران و بسیاری از کشورهای دیگر استفاده می‌شوند. طعم، عطر و خواص دارویی منحصر به فرد بست‌های زعفران به دلیل حضور سه متابولیت ثانویه آپوکاراوتنوئیدی، یعنی کروسین، پیکروکروسین و سافرنال است. دانش محدودی درباره اثر استرس‌های محیطی بر سوخت و ساز آپوکاراوتنوئیدها در زعفران وجود دارد. ما محتوای کروسین و پیکروکروسین و بیان ژن‌های کلیدی مسیرهای بیوسنتزی آپوکاراوتنوئیدها (CsCCD2، CsCCD4، CsUGT2، CsCHY-β و CsLCYB) را در گیاهان زعفران که در معرض غلظت‌های متوسط (۹۰ میلی‌مول) و بالای (۱۵۰ میلی‌مول) نمک (NaCl) قرار گرفته بودند، مورد تجزیه و تحلیل قرار دادیم. اندازه‌گیری غلظت یون‌ها در برگ‌ها نشان داد که تجمع Na+ افزایش یافته و جذب K+ در گیاهان تحت درمان با نمک نسبت به گیاهان شاهد کاهش یافته است که نشان‌دهنده استرس نمکی مؤثر است.

تجزیه و تحلیل HPLC آپوکارتنوئیدها نشان داد که تولید کروسین به طور قابل توجهی با افزایش غلظت نمک متوقف شد (P < 0.05)، در حالی که سطح پی‌کروکروسین در غلظت‌های متوسط نمک تغییر نکرد اما در غلظت بالای نمک به طور قابل توجهی کاهش یافت. تجزیه و تحلیل PCR زمان واقعی کاهش تدریجی سطح رونویسی ژن‌های CsUGT2 و CsLCYB را با افزایش غلظت نمک نشان داد (P < 0.05). بیان ژن‌های CsCCD2 و CsCHY-β در غلظت متوسط نمک تحمل شد، اما در غلظت بالای نمک به طور قابل توجهی کاهش یافت. با این حال، CsCCD4 پاسخ متفاوتی به غلظت نمک نشان داد، به طوری که در غلظت متوسط نمک کاهش یافت اما در غلظت بالای نمک افزایش پیدا کرد. نتایج ما نشان داد که تنش نمکی تأثیر منفی بر تولید آپوکارتنوئیدهای زعفران دارد و احتمالاً کیفیت کلاله زعفران تولید شده را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

Saffron stigmas are widely used as food additives and as traditional medicine in Iran and many other countries. The unique taste, flavor and pharmaceutical properties of saffron stigmas are due to the presence of three apocarotenoids secondary metabolites crocin, picrocrocin and safranal. There is limited knowledge about the effect of environmental stresses on the metabolism of apocarotenoids in saffron. We analyzed the content of crocin and picrocrocin and the expression of key genes of apocarotenoid biosynthesis pathways (CsCCD2, CsCCD4, CsUGT2, CsCHY-β and CsLCYB) in saffron plants exposed to moderate (90 mM) and high (150 mM) salt (NaCl) concentrations.

Measuring ion concentrations in leaves showed an increased accumulation of Na+ and decreased uptake of K+ in salt treated compared to control plants indicating an effective salt stress. HPLC analysis of apocarotenoids revealed that crocin production was significantly halted (P < 0.05) with increasing salt concentration while picrocrocin level did not change with moderate salt but significantly dropped by high salt concentration. Real-time PCR analysis revealed a progressive decrease in transcript levels of CsUGT2 and CsLCYB genes with increasing salt concentration (P < 0.05). The expression of CsCCD2 and CsCHY-β tolerated moderate salt concentration but significantly downregulated with high salt concentration. CsCCD4 however responded differently to salt concentration being decreased with moderate salt but increased at higher salt concentration. Our result suggested that salt stress had an adverse effect on the production of saffron apocarotenoids and it is likely influencing the quality of saffron stigma produced.