پروفایل آپوکاروتنوئید در زعفران: تغییرات خاص بافت در مراحل رشد

آپوکاروتنوئیدهایی مانند کروستین، کروسین‌ها و پیکروکروسین متابولیت‌های کلیدی تولید شده در کلاله زعفران (Crocus sativus L.) هستند که خواص ارگانولپتیکی آن را ایجاد می‌کنند و در تعاملات اکولوژیکی نقش دارند. در حالی که سنتز آنها در کلاله در طول گلدهی به خوبی مشخص شده است، توزیع مجدد و پایداری آنها در بافت‌ها در طول چرخه زندگی زعفران هنوز به خوبی درک نشده است. در اینجا، ما از پروفایل متابولومیک مبتنی بر LC-HRMS برای تشریح دینامیک زمانی و مکانی آپوکاروتنوئیدها در بافت‌های مختلف (کلاله، تخمدان، دمگل، بنه، بنه مادری و دو نوع ریشه) در سه مرحله کلیدی رشد استفاده کردیم: نوامبر (گلدهی و پیری کلاله)، مارس (بزرگ شدن بنه با برگ‌های سبز) و آوریل (پیری برگ و تغذیه بنه از ذخایر مادری). به طور کلی، تجزیه و تحلیل‌های ما تخصص ویژه بافت را نشان داد. به طور دقیق‌تر، کلاله‌ها بیشترین تنوع و فراوانی نسبی ترانس-کروسین‌ها را در طول گلدهی تجمع دادند، تخمدان‌ها در بهار به مخزن غالب تبدیل شدند، بافت‌های ریشه در ماه آوریل، همزمان با پیری برگ، غنی‌سازی قابل توجهی از کروسین‌های 6-8 و ترکیبات کروستین-لیپید را نشان دادند. تجزیه و تحلیل‌های PCA و نقشه حرارتی، جداسازی واضح نمونه‌های کلاله را در ماه نوامبر و نمونه‌های تخمدان/ریشه را در بهار تأیید کردند که نشان‌دهنده برنامه‌ریزی مجدد پویای متابولیسم آپوکاروتنوئید است. علاوه بر این، سیس-کروسین 3 به طور خاص در بنه جدید به شکل گلیکوزیله ظاهر شد که نشان‌دهنده تثبیت de novo در طول رشد بنه است. تجزیه و تحلیل‌های همبستگی بیشتر، چهار خوشه متابولیت اصلی را نشان داد که مشتقات کروسین را از متابولیت‌های متنوع مرتبط با پیکروکروسین جدا می‌کند و روابط ویژه ایزومری بین ایزومرهای HTTC و محصولات گلیکوزیله شده آنها را برجسته می‌کند. این نتایج در مجموع نشان می‌دهند که آپوکاروتنوئیدهای سنتز شده در کلاله‌ها پس از گلدهی تخریب نمی‌شوند، بلکه دوباره توزیع شده و از نظر شیمیایی اصلاح می‌شوند تا از رشد رویشی، ذخیره‌سازی و احتمالاً عملکردهای محافظتی در بافت‌های زیرزمینی پشتیبانی کنند.

Apocarotenoids such as crocetin, crocins, and picrocrocin are key metabolites produced in saffron (Crocus sativus L.) stigmas, conferring its organoleptic properties and contributing to ecological interactions. While their synthesis in stigmas during anthesis is well established, their redistribution and persistence across tissues during the saffron life cycle remain poorly understood. Here, we applied LC-HRMS-based metabolomic profiling to dissect the temporal and spatial dynamics of apocarotenoids in multiple tissues (stigma, ovary, peduncle, corm, mother corm, and two types of roots) across three key developmental stages: November (flowering and stigma senescence), March (corm enlargement with green leaves), and April (leaf senescence and corm feeding on maternal reserves). Overall, our analyses revealed pronounced tissue-specific specialization. More in detail, stigmas accumulated the highest diversity and relative abundance of trans-crocins during anthesis, ovaries became the predominant sink in spring, root tissues showed marked enrichment of crocins 6-8 and crocetin–lipid conjugates in April, coinciding with leaf senescence. PCA and heatmap analyses confirmed clear separation of stigma samples in November and ovary/root samples in spring, reflecting dynamic reprogramming of apocarotenoid metabolism. Furthermore, cis-crocin 3 appeared specifically in the new corm in glycosylated form, suggesting de novo stabilization during corm development. Correlation analyses further revealed four major metabolite clusters, separating crocin derivatives from diverse picrocrocin-related metabolites, and highlighting isomer-specific relationships between HTTC isomers and their glycosylated products. Together, these results demonstrate that apocarotenoids synthesized in stigmas are not degraded after flowering but redistributed and chemically modified to support vegetative development, storage, and possibly protective functions in underground tissues.