تولید افزایش‌یافته آپوکاروتنوئیدها با القای اسید سالیسیلیک در کشت‌های سوسپانسیون سلولی زعفران (Crocus sativus L.)

شت سوسپانسیون سلولی زعفران (Crocus sativus L.) قبلاً از کالی‌های مشتق‌شده از استایل برای به دست آوردن یک سیستم in vitro برای کروسین، یک آپوکاروتنوئید محلول در آب نادر و ارزشمند، و تولید کاروتنوئید مناسب برای مقیاس‌پذیری آینده برقرار شده بود. برای روشن کردن بیشتر همبستگی بین بیوسنتز آپوکاروتنوئید و بیان ژن کلیدی، در این مطالعه، SA با غلظت 0.5 mM برای القای تولید کروسین استفاده شد و اثرات بر تولید کاروتنوئید پس از 6، 12، 24 و 48 ساعت تحلیل شد. تحلیل HPLC-DAD برای کمی‌سازی کل کروسین و همچنین سایر کاروتنوئیدها مانند زئاکسانتین، β-کاروتن و لوتئین استفاده شد. RT-PCR کمی برای تحلیل سطوح رونوشت ژن‌های کلیدی بیوسنتزی آپوکاروتنوئید زعفران PSY (فیتوئن سنتاز)، BCH1 (β-کاروتن هیدروکسیلاز) و CCD2 (کاروتنوئید کلاوج دی‌اکسیژناز) پس از القای SA استفاده شد. در سلول‌های کشت سوسپانسیون زعفران القای‌شده توسط SA، مسیر بیوسنتزی کاروتنوئید عمدتاً به سمت بیوسنتز کروسین، که فعالیت بیولوژیکی قوی و اثرات درمانی را اعمال می‌کند، به جای لوتئین یا زانتین‌ها، افزایش یافت. SA بیان ژن BCH1 و CCD2 را به ترتیب 15.6 و 3.3 برابر نسبت به کنترل در 24 ساعت پس از القای افزایش داد. هرچند تغییر دینامیک محتوای متابولیت‌ها و بیان ژن در طول زمان 48 ساعته در پاسخ به القای SA مشاهده شد، تغییرات زئاکسانتین و کروسین با تنظیم ژن‌های مربوطه BCH و CCD2 در طول زمان سازگار بود. در نتیجه، اثرات SA بر تنظیم بیان ژن در مسیر آپوکاروتنوئید می‌تواند با موفقیت برای تولید بیوتکنولوژیک کروسین اعمال شود.

A cell suspension culture of saffron (Crocus sativus L.) was previously established from style-derived calli to obtain an in vitro system for crocin, an uncommon and valuable water-soluble apocarotenoid, and carotenoid production suitable for future scaling up. To shed more light on the correlation between apocarotenoid biosynthesis and key-gene expression, in this study, SA was used at 0.5 mM concentration to elicit crocin production and the effects on carotenoid production were analyzed after 6, 12, 24, and 48 h. HPLC-DAD analysis was used for total crocin quantification as well as the other carotenoids zeaxanthin, β-carotene and lutein. Quantitative RT-PCR was used to analyze the transcript levels of saffron apocarotenoid biosynthetic key genes PSY (phytoene synthase), BCH1 (β-carotene hydroxylase), and CCD2 (carotenoid cleavage dioxygenase) after SA elicitation. In saffron suspension-cultured cells elicited by SA, the carotenoid biosynthetic pathway was mostly enhanced toward crocin biosynthesis, known to exert strong biological activity and therapeutic effects, rather than lutein or xanthins. SA increased BCH1 and CCD2 gene expression 15.6 and 3.3 times, respectively, compared to the control at 24 h after elicitation. Although a dynamic change of metabolite contents and gene expression was observed during the 48 h time course in response to SA elicitation, the changes of zeaxanthin and crocin were consistent with the regulation of the corresponding genes BCH and CCD2 during the time course. In conclusion, the effects of SA on regulation of gene expression in the apocarotenoid pathway could be successfully applied for the biotechnological production of crocin.