توالی‌یابی ترنسکریپتوم کامل بینش‌هایی در مورد تکثیر بیوسنتز apocarotenoid در کروکوس ساتیووس ارائه می‌دهد

زعفران (Crocus sativus) که مقادیر قابل توجهی از کرولین، پیکروکرولین و سافرانال را حاوی است، منبع زعفران با اهمیت پزشکی، اقتصادی و فرهنگی فوق‌العاده است. در اینجا، یک ترنسکریپتوم کامل و با کیفیت بالا از C. sativus سه‌گانه استریل ارائه می‌دهیم که با استفاده از تکنولوژی توالی‌خوانی SMRT PacBio انجام شده است. این منجر به 31,755 پیش‌بینی با اطمینان بالا از ژن‌های کد کننده پروتئین می‌شود که 50.1% از آن‌ها جفت‌های ژن پارالوگ را تشکیل می‌دهند.

تحلیل توزیع مقادیر Ks نشان می‌دهد که ژنوم کنونی C. sativus احتمالاً محصولی است که نتیجه حداقل دو بار تکثیر کل ژنوم (WGD) است که به ترتیب در حدود 28 و 114 میلیون سال پیش رخ داده است.ما شواهدی ارائه می‌دهیم که نشان می‌دهد رویداد اخیر β WGD تأثیر عمده‌ای بر گسترش خانواده ژن‌های متابولیت ثانویه دارد، که احتمالاً منجر به انباشت بیشتر سه ترکیب متمایز: کروسین، پیکروکروسین و زعفرانال می‌شود.

تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک نشان می‌دهد که عضو بنیان‌گذار (CCD2) آنزیم‌های CCD که برای بیوسنتز آپوکاروتنوئیدها در C. sativus ضروری هستند ممکن است از خانواده CCD1 به‌واسطه رویداد β WGD تحول یافته باشد. بر اساس پروفایل‌سازی بیان ژن، مشخص شده است که CCD2 در سطح بسیار بالایی در قلم گلبرگ بیان می‌شود. این یافته‌ها ممکن است به روشن شدن بیشتر بهبود ژنومی مسیرهای بیوسنتزی مشخص کمک کند و استفاده از ذخایر ژنتیکی را برای بهبود کیفیت زعفران ارتقا دهد.

Crocus sativus, containing remarkably amounts of crocin, picrocrocin and safranal, is the source of saffron with tremendous medicinal, economic and cultural importance. Here, we present a high-quality full-length transcriptome of the sterile triploid C. sativus, using the PacBio SMRT sequencing technology. This yields 31,755 high-confidence predictions of protein-coding genes, with 50.1% forming paralogous gene pairs. Analysis on distribution of Ks values suggests that the current genome of C. sativus is probably a product resulting from at least two rounds of whole-genome duplication (WGD) events occurred at ~28 and ~114 million years ago (Mya), respectively.

We provide evidence demonstrating that the recent β WGD event confers a major impact on family expansion of secondary metabolite genes, possibly leading to an enhanced accumulation of three distinct compounds: crocin, picrocrocin and safranal. Phylogenetic analysis unravels that the founding member (CCD2) of CCD enzymes necessary for the biosynthesis of apocarotenoids in C. sativus might be evolved from the CCD1 family via the β WGD event. Based on the gene expression profiling, CCD2 is found to be expressed at an extremely high level in the stigma. These findings may shed lights on further genomic refinement of the characteristic biosynthesis pathways and promote germplasm utilization for the improvement of saffron quality.