نقش‌های تخصصی در کاروتنوژنز و آپوکاروتنوژنز خانواده ژنی فیتوئن سنتاز در زعفران

کلاله‌های زعفران (Crocus sativus) منبع اصلی کروکین‌ها هستند، که آپوکاروتنوئیدهای گلوکوزیله شده‌ای می‌باشند و از شکافت زئازانتین مشتق شده‌اند و رنگ قرمز زعفران را ایجاد می‌کنند. سنتاز فیتوئن (PSY) مرحله اول متعهد در بیوسنتز کاروتنوئیدها در گیاهان را واسطه می‌کند. چهار ژن PSY که کدکننده آنزیم‌های عملکردی هستند، از زعفران ایزوله شدند. تمام پروتئین‌ها در پلاستیدها محلی‌سازی شدند، اما الگوهای بیان هر ژن، شامل CsPSY1a، CsPSY1b، CsPSY2 و CsPSY3، در بافت‌های مختلف زعفران و در طول توسعه کلاله، تخصص‌بخشی بافتی متفاوتی را نشان دادند. رونویسی CsPSY2 عمدتاً در کلاله‌ها مشاهده شد، جایی که فعال شده و تجمع کروکین‌ها را تحریک می‌کند، در حالی که بیان آن در سایر بافت‌ها بسیار پایین بود. در مقابل، CsPSY1a و CsPSY1b عمدتاً در برگ‌ها بیان شدند، اما تنها CsPSY1b تحت کنترل استرس-نور قرار داشت. جالب توجه آنکه CsPSY1b نشان‌دهنده بیان متفاوت دو گونه جایگزین اسپلایس بود، که در نگه‌داری اینترون در ناحیه ۵’ UTR خود تفاوت داشتند.که منجر به کاهش سطح بیان آن‌ها شد. علاوه بر این، رونوشت‌های CsPSY1a و CsPSY1b، همراه با رونوشت CsPSY3، در ریشه‌ها تحت شرایط مختلف استرس القا شدند. بیان CsPSY3 در نوک ریشه زیاد بود و بیان آن با کلنی‌سازی میکوریزایی و تولید استریگولاکتون مرتبط بود. CsPSY3 شاخه‌ای جداگانه نسبت به همولوگ‌های خاص استرس خانواده Poaceae تشکیل داد اما با آنزیم‌های PSY3 گیاهان دولپه‌ای ارتباط نزدیکی داشت.

Crocus sativus stigmas are the main source of crocins, which are glucosylated apocarotenoids derived from zeaxanthin cleavage that give saffron its red color. Phytoene synthase (PSY) mediates the first committed step in carotenoid biosynthesis in plants. Four PSY genes encoding functional enzymes were isolated from saffron. All the proteins were localized in plastids, but the expression patterns of each gene, CsPSY1a, CsPSY1b, CsPSY2, and CsPSY3, in different saffron tissues and during the development of the stigma showed different tissue specialization. The CsPSY2 transcript was primarily detected in the stigmas where it activates and stimulates the accumulation of crocins, while its expression was very low in other tissues. In contrast, CsPSY1a and CsPSY1b were mainly expressed in the leaves, but only CsPSY1b showed stress light regulation. Interestingly, CsPSY1b showed differential expression of two alternative splice variants, which differ in the intron retention at their 50 UTRs, resulting in a reduction in their expression levels. In addition, the CsPSY1a and CsPSY1b transcripts, together with the CsPSY3 transcript, were induced in roots under different stress conditions. The CsPSY3 expression was high in the root tip, and its expression was associated with mycorrhizal colonization and strigolactone production. CsPSY3 formed a separate branch to the stress-specific Poaceae homologs but was closely related to the dicot PSY3 enzymes.