ژنوم کروکوس منشا تکاملی بیوسنتز کروسین را نشان می دهد

Crocus sativus (زعفران) یک گیاه گل‌دار پاییزی در سطح جهانی است و کلاله‌های آن گران‌ترین ادویه و داروی گیاهی ارزشمند است. متابولیت‌های تخصصی کروکوس، کروسین‌ها، در گونه‌های دوردست، گاردنیا (eudicot) و کروکوس (تک لپه) بیوسنتز می‌شوند، و تکامل بیوسنتز کروسین به خوبی شناخته نشده است. با مجموعه ژنوم کروکوس در سطح کروموزوم، ما نشان دادیم که دو دور از سه برابر شدن کل ژنوم مخصوص دودمان رخ داده است که نقش مهمی در تولید کاروتنوئیدها و آپوکاروتنوئیدها دارد. با توجه به شناسایی در سراسر پادشاهی، تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک، و سنجش عملکردی دی‌اکسیژنازهای برش کاروتنوئیدی (CCD)، ما نتیجه گرفتیم که تکرار، انتخاب مکان مثبت و عملکرد جدید CCD2 ویژه کروکوس از اعضای CCD1 مسئول بیوسنتز کروسین است. علاوه بر این، جهش سایت CsCCD2 اسیدهای آمینه کلیدی، از جمله I143، L146، R161، E181، T259، و S292 مربوط به فعالیت کاتالیزوری برش زآگزانتین را نشان داد. مطالعه ما بینش‌های مهمی را در مورد منشاء و تکامل متابولیت‌های تخصصی گیاهی، که از رویدادهای تکراری ژن‌های بیوسنتزی مشتق می‌شوند، ارائه می‌کند.

Crocus sativus (saffron) is a globally autumn-flowering plant, and its stigmas are the most expensive spice and valuable herb medicine. Crocus specialized metabolites, crocins, are biosynthesized in distant species, Gardenia (eudicot) and Crocus (monocot), and the evolution of crocin biosynthesis remains poorly understood. With the chromosome-level Crocus genome assembly, we revealed that two rounds of lineage-specific whole genome triplication occurred, contributing important roles in the production of carotenoids and apocarotenoids. According to the kingdom-wide identification, phylogenetic analysis, and functional assays of carotenoid cleavage dioxygenases (CCDs), we deduced that the duplication, site positive selection, and neofunctionalization of Crocus-specific CCD2 from CCD1 members are responsible for the crocin biosynthesis. In addition, site mutation of CsCCD2 revealed the key amino acids, including I143, L146, R161, E181, T259, and S292 related to the catalytic activity of zeaxanthin cleavage. Our study provides important insights into the origin and evolution of plant specialized metabolites, which are derived by duplication events of biosynthetic genes