بررسی انتقال و تجمع گسترده کروسین‌ها از طریق ابزارهای پروتئوم و میکروسکوپی در طول توسعه کلاله زعفران

مطالعه پروتئومیک و میکروسکوپی انتقال و تجمع کروسین‌ها:کروسین‌ها (گلیکوزیدهای کروستین) با غلظت بالا در کلاله زعفران حضور دارند و در واکوئل تجمع می‌یابند، اما فرآیندهای بیوسنتز کروموپلاست و انتقال کروسین‌ها کمتر شناخته شده‌اند. این مطالعه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، فرآیند تمایز کروموپلاست را در طول رشد کلاله بررسی کرد. یافته‌ها نشان‌دهنده انتقال انبوه کروسین‌ها به واکوئل در مراحل بعدی رشد است؛ بدین صورت که قطراتی با دانسیته الکترونی بسیار بیشتر از پلاستوگلوبول‌ها مشاهده شدند که به واکوئل متصل بوده و محتویات خود را به داخل آن منتقل می‌کنند (نام پیشنهادی: “Crocinoplast”). همچنین، با استفاده از آنالیز پروتئوم کروموپلاست‌ها، پروتئین‌های پلاستی‌د شناخته‌شده و کاندیداهای جدیدی که در متابولیسم کروستین نقش دارند، شناسایی شدند. بیان ۵ ژن کاندید در ۵ مرحله رشدی (مسئول بیوسنتز کاروتنوئید، انتقال کروسین به واکوئل و متابولیسم نشاسته) تحلیل شد. با استفاده از ماتریس‌های همبستگی، رونوشت‌های مرتبط با تجمع کروستین (مانند DXS, DXR, CRTISO, UGT2) و کروسین (مانند ZDS, PLAP2) شناسایی شدند. همچنین ژن‌های کاندید آلدهید دهیدروژناز (ADH) برجسته شدند.

settings Order Article Reprints Open Access Article Unraveling Massive Crocins Transport and Accumulation through Proteome and Microscopy Tools during the Development of Saffron Stigma by Lourdes Gómez-Gómez 1ORCID,Verónica Parra-Vega 2,Alba Rivas-Sendra 2ORCID,Jose M. Seguí-Simarro 2,Rosa Victoria Molina 3,Claudia Pallotti 3,Ángela Rubio-Moraga 1,Gianfranco Diretto 4ORCID,Alicia Prieto 5 andOussama Ahrazem 1,6,*ORCID 1 Botanical Institute, Department of Science Technology, Agroforestry and Genetics, Faculty of Pharmacy, University of Castilla-La Mancha, Campus Universitario s/n, 02071 Albacete, Spain 2 Cell Biology Group, COMAV Institute, Polytechnic University of Valencia, 46071 Valencia, Spain 3 Department of Vegetal Biology, Polytechnic University of Valencia, 46071 Valencia, Spain 4 Italian National Agency for New Technologies, Energy, and Sustainable Development, Casaccia Research Centre, 00123 Rome, Italy 5 The Biological Research Center (CIB) Spanish National Research Council (CSIC), C/Ramiro de Maeztu 9, 28040 Madrid, Spain 6 Faculty of Environmental Sciences and Biochemistry Toledo, University of Castilla-La Mancha, Campus Tecnológico de la Fábrica de Armas, Avda, Carlos III, s/n, 45071 Toledo, Spain * Author to whom correspondence should be addressed. Int. J. Mol. Sci. 2017, 18(1), 76; https://doi.org/10.3390/ijms18010076 Submission received: 22 November 2016 / Revised: 23 December 2016 / Accepted: 24 December 2016 / Published: 1 January 2017 (This article belongs to the Section Biochemistry) Downloadkeyboard_arrow_down Browse Figures Versions Notes Article Views7882 Citations48 Abstract Crocins, the glucosides of crocetin, are present at high concentrations in saffron stigmas and accumulate in the vacuole. However, the biogenesis of the saffron chromoplast, the changes during the development of the stigma and the transport of crocins to the vacuole, are processes that remain poorly understood. We studied the process of chromoplast differentiation in saffron throughout stigma development by means of transmission electron microscopy. Our results provided an overview of a massive transport of crocins to the vacuole in the later developmental stages, when electron dense drops of a much greater size than plastoglobules (here defined “crocinoplast”) were observed in the chromoplast, connected to the vacuole with a subsequent transfer of these large globules inside the vacuole. A proteome analysis of chromoplasts from saffron stigma allowed the identification of several well-known plastid proteins and new candidates involved in crocetin metabolism. Furthermore, expressions throughout five developmental stages of candidate genes responsible for carotenoid and apocarotenoid biogenesis, crocins transport to the vacuole and starch metabolism were analyzed. Correlation matrices and networks were exploited to identify a series of transcripts highly associated to crocetin (such as 1-Deoxy-d-xylulose 5-phosphate synthase (DXS), 1-Deoxy-d-xylulose 5-phosphate reductoisomerase (DXR), carotenoid isomerase (CRTISO), Crocetin glucosyltransferase 2 (UGT2), etc.) and crocin (e.g., ζ-carotene desaturase (ZDS) and plastid-lipid-associated proteins (PLAP2)) accumulation; in addition, candidate aldehyde dehydrogenase (ADH) genes were highlighted.