تولید آپوکاروتنوئیدهای زعفران در گیاهان Nicotiana benthamiana ژنوم ویرایش‌شده برای انباشت پیش‌ساز زئازانتین

کروسین ها آپوکاروتنوئیدهای گلیکوزیله با قدرت رنگ دهی قوی و خواص آنتی اکسیدانی، ضد سرطانی و محافظ عصبی هستند. ما قبلاً مسیر بیوسنتز کروسین زعفران را تشریح کردیم، و نشان دادیم که آنزیم CsCCD2، کاتالیزکننده مرحله برش کاروتنوئید، ترجیح زیادی برای زانتوفیل زآگزانتین در شرایط آزمایشگاهی و در باکتری نشان می‌دهد. به منظور بررسی ویژگی سوبسترا در پلانتا و ایجاد یک سیستم کارخانه زیستی مبتنی بر گیاه برای تولید کروسین، ما گیاهان نوع وحشی Nicotiana benthamiana را مقایسه کردیم که زانتوفیل‌های مختلف را همراه با α- و β-کاروتن، با خطوط ویرایش شده ژنومی جمع می‌کردند. که در آن تمام زانتوفیل‌هایی که به طور معمول در برگ‌ها انباشته شده بودند با یک واحد جایگزین شدند زانتوفیل، زآگزانتین. این گیاهان به‌عنوان شاسی برای تولید در برگ‌های آپوکاروتنوئیدهای زعفران (کروسین، پیکروکروسین) با استفاده از دو روش بیان گذرا برای بیان بیش از حد CsCCD2 استفاده شدند: آگروفیلتراسیون و تلقیح با یک ناقل ویروسی مشتق از ویروس اچ توتون (TEV). نتایج نشان‌دهنده عملکرد برتر خط تجمع زآگزانتین و استفاده از ناقل ویروسی برای بیان CsCCD2 بود. نتایج همچنین یک ویژگی سوبسترای آرام CsCCD2 را در پلانتا پیشنهاد می‌کند، که بسترهای کاروتنوئیدی اضافی را جدا می‌کند.

Crocins are glycosylated apocarotenoids with strong coloring power and anti-oxidant, anticancer, and neuro-protective properties. We previously dissected the saffron crocin biosynthesis pathway, and demonstrated that the CsCCD2 enzyme, catalyzing the carotenoid cleavage step, shows a strong preference for the xanthophyll zeaxanthin in vitro and in bacterio. In order to investigate substrate specificity in planta and to establish a plant-based bio-factory system for crocin production, we compared wild-type Nicotiana benthamiana plants, accumulating various xanthophylls together with α- and β-carotene, with genome-edited lines, in which all the xanthophylls normally accumulated in leaves were replaced by a single xanthophyll, zeaxanthin.

These plants were used as chassis for the production in leaves of saffron apocarotenoids (crocins, picrocrocin) using two transient expression methods to overexpress CsCCD2: agroinfiltration and inoculation with a viral vector derived from tobacco etch virus (TEV). The results indicated the superior performance of the zeaxanthin-accumulating line and of the use of the viral vector to express CsCCD2. The results also suggested a relaxed substrate specificity of CsCCD2 in planta, cleaving additional carotenoid substrates.