درک زیست‌شناسی زعفران با استفاده از ابزارهای اومیکس و بیوانفورماتیک – گامی به سوی کروکوس اصلاح شده ژنومی

زعفران از جهات مختلف گیاهی منحصر به فرد است و فرآیندهای سلولی آن در سطوح متعددی تنظیم می‌شوند. ساختار ژنتیکی آن به شکل هشت مجموعه سه کروموزومی (2n = 3x = 24) با محتوای ژنی هاپلوئید (اندازه ژنوم) برابر با 3.45 گیگا جفت باز، توسط رونویسی به انواع مختلف RNA رمزگشایی می‌شود. سپس RNA به پپتیدها و پروتئین‌های عملکردی ترجمه می‌شود که گاهی شامل تغییرات پساترجمه‌ای نیز می‌باشد. تعاملات ژنوم، ترنسکریپتوم، پروتئوم و دیگر مولکول‌های تنظیمی نهایتاً منجر به مجموعه پیچیده‌ای از متابولیت‌های اولیه و ثانویه متابولوم زعفران می‌شود. این تعاملات پیچیده به شکل مجموعه‌ای از صفات «فنوم» خاص زعفران بروز می‌یابند.

فنوم به تغییرات محیطی که در داخل و اطراف زعفران رخ می‌دهد پاسخ می‌دهد و واکنش آن را در زمینه رشد، توسعه، پاسخ به بیماری‌ها، کیفیت کلاله، بیوسنتز آپوکاروتنوئید و غیره تغییر می‌دهد.درک این روابط پیچیده بین فعالیت‌های زیستی مختلف اما مرتبط با یکدیگر در زعفران کاری چالش‌برانگیز است، جایی که ژنتیک کلاسیک به دلیل عقیمی آن نقش محدودی دارد و کل ژنوم آن هنوز توالی‌یابی نشده است. فناوری‌های مبتنی بر اُمیکس به طرز چشمگیری در غلبه بر این محدودیت‌ها و توسعه درک بهتر از زیست‌شناسی زعفران مفید هستند. علاوه بر ایجاد تصویری جامع از مکانیزم‌های مولکولی درگیر در سنتز آپوکارتنوئید، بیوژنز کلاله، فعالیت غده، توسعه گل و غیره، فناوری‌های اُمیکس در نهایت منجر به مهندسی گیاهان زعفران با فنوتیپ بهبود یافته خواهند شد. در این مرور، ما به بررسی نقش فناوری‌های اُمیکس و ابزارهای بیوانفورماتیک در مطالعه زیست‌شناسی زعفران و بهبود آن می‌پردازیم.

“Saffron is a unique plant in many respects and its cellular processes are regulated at multiple levels. The genetic makeup in the form of eight chromosome triplets (2n = 3x = 24) with a haploid generic content (genome size) of 3.45 Gbp is decoded into different types of RNA by transcription. The RNA then translates into peptides and functional proteins, sometimes involving post-translational modifications too.The interactions of genome, transcriptome, proteome and other regulatory molecules ultimately result in the complex set of primary and secondary metabolites of saffron metabolome. These complex interactions manifest in the form of a set of traits ‘phenome’ peculiar to saffron. The phenome responds to the environmental changes occurring in and around saffron and modify its response in respect of growth, development, disease response, stigma quality, apocarotenoid biosynthesis, etc.

Understanding these complex relations between different yet interconnected biological activities is quite challenging in saffron where classical genetics has a very limited role owing to its sterility, and the whole genome sequencing has not been done. Omics-based technologies are immensely helpful in overcoming these limitations and develop a better understanding of saffron biology. In addition to creating a comprehensive picture of the molecular mechanisms involved in apocarotenoid synthesis, stigma biogenesis, corm activity, flower development, etc. omics-technologies will ultimately lead to the engineering of saffron plants with improved phenome. In this review, we discuss the role of omics-technologies and bioinformatics tools in studying saffron biology, and in its improvement.”