شناسایی مولکولی، جداسازی و توصیف عملکردی ژن گلوتاتیون S-ترانسفراز CsGST در زعفران (Crocus sativus L.)

زعفران (Crocus sativus L.)، گونه‌ای علفی متعلق به خانواده زنبقیان (Iridaceae)، به دلیل خواص دارویی‌اش مشهور است. رنگ پر جنب و جوش گلبرگ‌ها و برگ‌های آن به آنتوسیانین‌ها نسبت داده می‌شود، در حالی که کلاله بسیار ارزشمند آن عمدتاً آپوکاروتنوئیدهایی مانند کروسین را به عنوان رنگدانه‌های اصلی خود تجمع می‌دهد. گلوتاتیون S-ترانسفرازها (GSTs) آنزیم‌های چند منظوره هستند که بسیاری از اعضای آن نقش حیاتی در انتقال آنتوسیانین‌ها و سایر فلاونوئیدها دارند. در این مطالعه، ما توالی cDNA یک ژن GST از زعفران، به نام CsGST، را با استفاده از تکنیک‌های RT-PCR و RACE جدا کردیم. این توالی یک چارچوب خواندن باز 795 جفت بازی را نشان داد که 264 اسید آمینه را رمزگذاری می‌کند. توالی ژنومی مربوطه 1074 جفت باز بود که شامل دو اگزون و یک اینترون بود. تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک و دامنه حفاظت شده، CsGST را به عنوان یک GST از نوع Tau طبقه‌بندی کرد. تجزیه و تحلیل بیان، رونوشت‌های CsGST را در برگ‌ها، گلبرگ‌ها، مادگی‌ها و پرچم‌ها شناسایی کرد، به طوری که بیان آن در گلبرگ‌ها همبستگی مثبت و معنی‌داری با محتوای آنتوسیانین نشان داد. پروتئین نوترکیب CsGST در E. coli بیان شد و فعالیت آنزیمی اساسی GST را نشان داد. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل داکینگ مولکولی، برهمکنش بالقوه‌ای بین CsGST و کروسین، رنگدانه اصلی کاروتنوئیدی در کلاله، را نشان داد. این مطالعه اولین شناسایی و توصیف جامع ژن GST در زعفران را نشان می‌دهد و پایه‌ای اساسی برای تحقیقات آینده در مورد نقش آن در انتقال متابولیت‌های ثانویه فراهم می‌کند.

Crocus sativus L., an herbaceous species belonging to the Iridaceae family is renowned for its medicinal properties. The vibrant color of its petals and leaves is attributed to anthocyanins, whereas the highly valued stigma predominantly accumulates apocarotenoids, such as crocin, as its main pigments. Glutathione S-transferases (GSTs) are multifunctional enzymes, with many members playing a crucial role in the transport of anthocyanins and other flavonoids. In this study, we isolated the cDNA sequence of a GST gene from saffron, designated CsGST, using RT-PCR and RACE techniques. The sequence revealed a 795 bp open reading frame encoding 264 amino acids. The corresponding genomic sequence was 1074 bp, containing two exons and one intron. Phylogenetic and conserved domain analysis classified CsGST as a Tau-type GST. Expression analysis detected CsGST transcripts in leaves, petals, pistils, and stamens, with its expression in petals showing a significant positive correlation with anthocyanin content. The recombinant CsGST protein was expressed in E. coli and exhibited fundamental GST enzymatic activity. Furthermore, molecular docking analysis suggested a potential interaction between CsGST and crocin, the main carotenoid pigment in the stigma. This study represents the first comprehensive identification and characterization of a GST gene in saffron, providing a foundational basis for future research into its roles in the transport of secondary metabolites.