یک جهش جدید در لیکوپن بتا سیکلاز غیر سازنده (CstLcyB2a) از Crocus sativus محتوای کاروتنوئید/آپوکاروتنوئید، زیست توده و تحمل استرس را در گیاهان تعدیل می کند.

Crocus sativus که معمولاً به عنوان زعفران شناخته می شود، به دلیل توانایی آن در سنتز آپوکاروتنوئیدهای منحصر به فرد مانند کروسین، پیروکروسین و سافرانال به عنوان یک محصول مهم برای تحقیقات ظاهر شده است. مهندسی متابولیک مسیر کاروتنوئید می‌تواند یک استراتژی مفید برای افزایش کیفیت زعفران و مقاوم‌سازی آن در برابر تغییرات آب و هوایی باشد. در اینجا، ما نشان می‌دهیم که معرفی یک جهش جدید در A126 در لیکوپن-β-سیکلاز مخصوص کلاله کروکوس (CstLcyB2a) به طور فضایی مانع اتصال آن به δ-کاروتن می‌شود، اما بر اتصال لیکوپن تأثیر نمی‌گذارد، در نتیجه جریان متابولیک را به سمت تشکیل β-کاروتن منحرف می‌کند.

بنابراین، بیان A126L-CstLcyB2a در سویه های باکتریایی تجمع کننده لیکوپن منجر به افزایش تولید β-کاروتن شد. بیان گذرا A126L-CstLcyB2a در کلاله C. sativus بیوسنتز کروسین را افزایش داد. بیان پایدار آن در Nicotiana tabacum باعث افزایش کاروتنوئیدهای شاخه بتا و فیتو هورمون‌هایی مانند اسید آبسیزیک (ABA) و اسیدهای جیبرلیک (GA) می‌شود. خطوط تراریخته N. tabacum عملکرد رشد و پارامترهای فتوسنتزی بهتری از جمله حداکثر بازده کوانتومی (Fv/Fm) و ظرفیت اشباع نور انتقال الکترون خطی را نشان دادند. کاربرد خارجی هورمون ها و بازدارنده های آنها نشان داد که نسبت بالاتر GA4/ABA اثرات مثبتی بر زیست توده گیاهان نوع وحشی و تراریخته دارد.

بنابراین، این یافته ها بستری را برای توسعه محصولات نسل جدید با بهره وری، کیفیت و تحمل استرس بهبود یافته فراهم می کند.

Crocus sativus, commonly known as saffron, has emerged as an important crop for research because of its ability to synthesize unique apocarotenoids such as crocin, picrocrocin and safranal. Metabolic engineering of the carotenoid pathway can prove a beneficial strategy for enhancing the quality of saffron and making it resilient to changing climatic conditions. Here, we demonstrate that introducing a novel mutation at A126 in stigma-specific lycopene-β-cyclase of Crocus (CstLcyB2a) sterically hinders its binding of δ-carotene, but does not affect lycopene binding, thereby diverting metabolic flux towards β-carotene formation. Thus, A126L-CstLcyB2a expression in lycopene-accumulating bacterial strains resulted in enhanced production of β-carotene. Transient expression of A126L-CstLcyB2a in C. sativus stigmas enhanced biosynthesis of crocin.

Its stable expression in Nicotiana tabacum enhanced β-branch carotenoids and phyto-hormones such as abscisic acid (ABA) and gibberellic acids (GA’s). N. tabacum transgenic lines showed better growth performance and photosynthetic parameters including maximum quantum efficiency (Fv/Fm) and light-saturated capacity of linear electron transport. Exogenous application of hormones and their inhibitors demonstrated that a higher ratio of GA4/ABA has positive effects on biomass of wild-type and transgenic plants. Thus, these findings provide a platform for the development of new-generation crops with improved productivity, quality and stress tolerance.