دینامیک رونویسی در بافت های منبع-مخزن عوامل مولکولی تنظیم کننده فرآیند رشد بنه در زعفران (Crocus sativus L.) را شناسایی می کند

اهداف: گیاهان ژئوفیت برای توسعه اندام‌های ذخیره‌سازی زیرزمینی USO) ) در فصل رشد فعال برای مقاومت در برابر محیط‌های خشن و همچنین برای هماهنگ کردن رشد و تولید مثل در شرایط مساعد تکامل یافته‌اند. زعفران یک ژئوفیت گل‌دار پاییزی و یک محصول ادویه‌ای گران‌قیمت است که محدود به مکان‌های جغرافیایی خاصی در جهان است. زعفران به دلیل عقیم بودن بذر تولید نمی کند و تنها از طریق بنه تکثیر می شود که کیفیت آن تعیین کننده عملکرد آن است. رشد بنه در زعفران ناشناخته است و مکانیسم مولکولی زیربنایی آن هنوز مبهم است. در این مطالعه، ما توصیف گسترده‌ای از پویایی رونویسی در بافت‌های منبع (برگ) و مخزن (بنه) در طول رشد بنه در زعفران انجام دادیم.

نتایج کلیدی: از طریق مطالعات مورفولوژیکی و رونویسی، ما عوامل مولکولی تنظیم کننده فرآیند رشد بنه در زعفران را شناسایی کردیم که رشد بنه را در سه مرحله تعریف کرد: مرحله شروع نشان دهنده افزایش رشد رویشی در بالای زمین و تورم پایه شاخساره در زیر زمین به دلیل تقسیم سلولی فعال و ذخیره کربوهیدرات است؛ مرحله حجیم سازی شامل افزایش قدرت منبع و سینک، فتوسنتز فعال، دروازه شبانه روزی و تجمع نشاسته است؛ و مرحله بلوغ که نشان دهنده کاهش قدرت منبع و سینک، کاهش فتوسنتز، انتقال قند، سنتز نشاسته و توقف چرخه سلولی است. کاربرد: دیدگاه جهانی تغییرات رونویسی در منبع و مخزن، عوامل مولکولی مشابه و جدید دخیل در فرآیند توسعه بنه زعفران را در مقایسه با تشکیل USO در سایر ژئوفیت‌ها شناسایی می‌کند و منبع ارزشمندی برای کالبد شکافی شبکه مولکولی زیربنای توسعه بنه است.

ما یک مدل فرضی بر اساس تجزیه و تحلیل داده‌ها پیشنهاد می‌کنیم که چگونه عوامل مولکولی از طریق نشانه‌های محیطی می‌توانند فرآیند رشد بنه در زعفران را تنظیم کنند.

Aims: Geophytic plants have evolved to develop underground storage organs (USO) in the active growing season to withstand harsh environments as well as to coordinate growth and reproduction when conditions are favourable. Saffron is an autumn flowering geophyte and an expensive spice crop restricted to certain geographical locations in the world. Saffron, being sterile, does not produce seeds and thus propagates only through corms, the quality of which determines its yield. Corm development in saffron is unexplored and the underlying molecular mechanism is still elusive. In this study, we performed an extensive characterisation of the transcriptional dynamics in the source (leaf) and sink (corm) tissues during corm development in saffron.

Key results: Via morphological and transcriptome studies, we identified molecular factors regulating corm development process in saffron, which defined corm development into three stages: the initiation stage demonstrates enhanced vegetative growth aboveground and swelling of shoot base belowground due to active cell division & carbohydrate storage; the bulking stage comprises of increased source and sink strength, active photosynthesis, circadian gating and starch accumulation; the maturation stage represents reduced source and sink strength, lowered photosynthesis, sugar transport, starch synthesis and cell cycle arrest.

Utility: The global view of transcriptional changes in source and sink identifies similar and new molecular factors involved in the saffron corm development process compared to USO formation in other geophytes and provides a valuable resource for dissecting the molecular network underlying the corm development. We propose a hypothetical model based on data analysis, of how molecular factors via environmental cues can regulate the corm development process in saffron.