درک زیست‌شناسی زعفران با استفاده از ابزارهای اومیکس و بیوانفورماتیک: گامی به سوی پدیده‌ای بهتر از زعفران

زعفران از بسیاری جهات گیاهی منحصر به فرد است و فرآیندهای سلولی آن در سطوح مختلف تنظیم می‌شوند. آرایش ژنتیکی به شکل هشت سه‌تایی کروموزومی (2n=3x=24) با محتوای ژنتیکی هاپلوئید (اندازه ژنوم) 3.45 گیگابیت بر پوند، توسط رونویسی به انواع مختلف RNA رمزگشایی می‌شود. سپس RNA به پپتیدها و پروتئین‌های عملکردی ترجمه می‌شود که گاهی اوقات شامل تغییرات پس از ترجمه نیز می‌شود. برهمکنش‌های ژنوم، ترانسکریپتوم، پروتئوم و سایر مولکول‌های تنظیمی در نهایت منجر به مجموعه پیچیده‌ای از متابولیت‌های اولیه و ثانویه متابولوم زعفران می‌شود. این برهمکنش‌های پیچیده به شکل مجموعه‌ای از صفات “پدیده” مختص زعفران آشکار می‌شوند. این پدیده به تغییرات محیطی که در داخل و اطراف زعفران رخ می‌دهد پاسخ می‌دهد و پاسخ آن را در رابطه با رشد، نمو، پاسخ به بیماری، کیفیت کلاله، بیوسنتز آپوکاروتنوئید و سایر فرآیندها تغییر می‌دهد. درک این روابط پیچیده بین فعالیت‌های بیولوژیکی مختلف اما به هم پیوسته در زعفران بسیار چالش برانگیز است، چرا که ژنتیک کلاسیک به دلیل عقیم بودن و عدم وجود توالی کامل ژنوم، نقش بسیار محدودی در آن دارد. فناوری‌های مبتنی بر اومیکس در غلبه بر این محدودیت‌ها و ایجاد درک بهتر از زیست‌شناسی زعفران بسیار مفید هستند. فناوری‌های اومیکس علاوه بر ایجاد تصویری جامع از مکانیسم‌های مولکولی دخیل در سنتز آپوکاروتنوئید، بیوژنز کلاله، فعالیت بنه و رشد گل، در نهایت منجر به مهندسی گیاهان زعفران با پدیده بهبود یافته خواهند شد.

Saffron is a unique plant in many aspects, and its cellular processes are regulated at multiple levels. The genetic makeup in the form of eight chromosome triplets (2n = 3x = 24) with a haploid genetic content (genome size) of 3.45 Gbp is decoded into different types of RNA by transcription. The RNA then translates into peptides and functional proteins, sometimes involving post-translational modifications too. The interactions of the genome, transcriptome, proteome and other regulatory molecules ultimately result in the complex set of primary and secondary metabolites of saffron metabolome. These complex interactions manifest in the form of a set of traits ‘phenome’ peculiar to saffron. The phenome responds to the environmental changes occurring in and around saffron and modify its response in respect of growth, development, disease response, stigma quality, apocarotenoid biosynthesis, and other processes. Understanding these complex relations between different yet interconnected biological activities is quite challenging in saffron where classical genetics has a very limited role owing to its sterility, and the absence of a whole-genome sequence. Omics-based technologies are immensely helpful in overcoming these limitations and developing a better understanding of saffron biology. In addition to creating a comprehensive picture of the molecular mechanisms involved in apocarotenoid synthesis, stigma biogenesis, corm activity, and flower development, omics-technologies will ultimately lead to the engineering of saffron plants with improved phenome.