مهندسی متابولیک کروسین ها و آپوکاروتنوئیدهای پیروکروسین در گروه سیب زمینی پورجا

کلاله‌های Crocus sativus، آپوکاروتنوئیدهای انحصاری کروسین و پیکروکروسین را جمع می‌کنند که برای تولید زعفران تجاری خشک و آب‌گیری می‌شوند. آپوکاروتنوئیدهای زعفران علاوه بر ارائه ویژگی‌های ارگانولپتیکی، ترکیبات ارزشمندی در صنایع دارویی و بهداشتی هستند. پیش از این، ما غده‌های سیب‌زمینی Desirée غنی‌شده با این آپوکاروتنوئیدها را تولید کردیم که همچنین مزایای بالقوه‌ای برای سلامت انسان نشان داد. در مطالعه حاضر، Solanum tuberosum (S. tuberosum) Group Phureja 01H15 که سطوح بالایی از زآگزانتین را انباشته می کند، برای تولید آپوکاروتنوئیدهای زعفران و جهت افزایش سطح این متابولیت ها در غده های سیب زمینی مهندسی گردید و در این پروسه، از ساختاری به نام O6 که حاوی ژن های CsCCD2L، UGT74AD1 و UGT709G1 است که برای بیوسنتز کروسین و پیروکروسین تحت کنترل پروموتر پاتاتین ضروری می‌باشد، استفاده شد.

در اینجا، ما لاین‌های تراریخته S. tuberosum Group Phureja 01H15 را با غلظت‌های بالای کروسین و پیروکروسین (به ترتیب تا 3.648 میلی‌گرم بر گرم DW، 2.345 میلی‌گرم بر گرم DW) به دست آوردیم که به ترتیب تا 10 و 3 برابر بیشتر از پس‌زمینه‌های به‌دست‌آمده بودند. علاوه بر این، ما آنالیز رونویسی غده‌ها از نوع وحشی Desirée و 01H15 و حامل ساختار O6 را انجام دادیم.

تجزیه و تحلیل ژن با بیان متفاوت تغییرات رونوشت را نه تنها در ژن‌های کاروتنوئید و آپوکاروتنوئید غده بلکه در سایر مسیرهای مرتبط نشان داد، که نقش احتمالی در بازسازی متابولیسم ایزوپرنوئید را نشان می‌دهد. بنابراین، این سیستم هترولوگ به عنوان یک پلت فرم قوی برای تولید این متابولیت های ارزشمند عمل می کند.

The stigmas of Crocus sativus accumulate the exclusive apocarotenoids crocin and picrocrocin, which are dried and desiccated to make commercial saffron. In addition to providing characteristic organoleptic qualities, saffron apocarotenoids are valuable compounds in the pharmaceutical and health industries. Previously, we developed Desirée potato tubers enriched with these apocarotenoids which also showed increased potential benefits for human health. In the current study, Solanum tuberosum (S. tuberosum) Group Phureja 01H15 which accumulates high levels of zeaxanthin, was engineered to produce saffron apocarotenoids to increase the levels of these metabolites in potato tubers using a construct namely O6, which contains the CsCCD2L, UGT74AD1, and UGT709G1 genes necessary for the biosynthesis of crocin and picrocrocin under the control of the patatin promoter.

Here, we obtained transgenic S. tuberosum Group Phureja 01H15 lines with high concentrations of crocins and picrocrocin (up to 3.648 mg/g DW, 2.345 mg/g DW, respectively), which were up to 10 and 3 times higher than those obtained in the Desirée background, respectively. Furthermore, we performed transcriptome analyses of tubers from Desirée and 01H15 wild type and carrying O6 construct.

Differentially expressed gene analysis revealed transcript changes not only on tuber carotenoid and apocarotenoid genes but also in other related pathways, suggesting a possible role in isoprenoid metabolism remodeling. Thus, this heterologous system serves as a robust platform for the production of these valuable metabolites.