تجزیه و تحلیل یکپارچه متابولومیک و ترانسکریپتومیک، تنوع ترکیبات زیست فعال را در اندام‌های گل زعفران آشکار می‌کند.

کلاله زعفران، مشتق شده از گیاه Crocus sativus L.، مدت‌هاست که در طب سنتی جهانی مورد احترام بوده و همچنان ارزش بازار قابل توجهی دارد. با این حال، علیرغم تمرکز گسترده بر کلاله زعفران، پتانسیل درمانی سایر اجزای گل همچنان ناشناخته مانده است، که عمدتاً به دلیل بینش محدود در مورد معماری مولکولی پیچیده و تنوع شیمیایی آنهاست. برای رفع این شکاف، ما یک تجزیه و تحلیل متابولومیک جامع از اندام‌های مختلف گل با استفاده از پلتفرم‌های تحلیلی پیشرفته، از جمله GC-MS و UPLC-MS/MS انجام دادیم. این پروفایل عمیق، مجموعه‌ای متنوع از 248 متابولیت را نشان داد که شامل اسیدهای آمینه، مشتقات قندی، اسیدهای چرب، فلاونوئیدها، ویتامین‌ها، پلی‌آمین‌ها، اسیدهای آلی و طیف گسترده‌ای از متابولیت‌های ثانویه بود. الگوهای همبستگی متمایز بین این متابولیت‌ها از طریق PCA و PLS-DA شناسایی شدند که امضاهای متابولومیک منحصر به فرد ذاتی هر اندام گل را برجسته می‌کند.

ما این یافته‌های متابولومیک را با داده‌های رونویسی خود ادغام کردیم و درک دقیقی از تغییرات مولکولی و متابولیکی در اندام‌های مختلف گل را ممکن ساختیم. فراوانی قابل توجه ژن‌ها و متابولیت‌های با بیان متفاوت در پرچم (424)، برگ (345)، گلبرگ (196)، کلاله (177) و بنه (133) بر شبکه‌های تنظیمی پیچیده حاکم بر تفکیک منبع به مخزن و فرآیندهای متابولیک پویا تأکید دارد. نکته قابل توجه این است که مطالعه ما چندین ترکیب زیست فعال از جمله کروسین، پیکروکروسین، کروستین، سافرانال، کانابیلسون، کوئرستین، پرنیل نارینجنین، ایزورامنتین، پلارگونیدین، کامپفرول و اسید گالیک را شناسایی کرد که همگی خواص درمانی بالقوه‌ای از خود نشان می‌دهند. در نتیجه، این تجزیه و تحلیل جامع به طور قابل توجهی درک ما را از مکانیسم‌های مولکولی محرک بیوسنتز آپوکاروتنوئیدها، کانابینوئیدها، آنتوسیانین‌ها و فلاونوئیدها در زعفران افزایش می‌دهد و در نتیجه بینش‌های ارزشمندی را ارائه می‌دهد و راه را برای تحقیقات آینده در این زمینه هموار می‌کند.

Saffron stigma, derived from Crocus sativus L., has long been revered in global traditional medicine and continues to hold significant market value. However, despite the extensive focus on saffron stigma, the therapeutic potential of other floral components remains underexplored, primarily due to limited insights into their complex molecular architectures and chemical diversity. To address this gap, we performed a comprehensive metabolomic analysis of various floral organs utilizing advanced analytical platforms, including GC–MS and UPLC-MS/MS. This in-depth profiling revealed a diverse array of 248 metabolites, encompassing amino acids, sugar derivatives, fatty acids, flavonoids, vitamins, polyamines, organic acids, and a broad spectrum of secondary metabolites. Distinct correlation patterns among these metabolites were identified through PCA and PLS-DA, highlighting unique metabolomic signatures inherent to each floral organ.

We further integrated these metabolomic findings with our transcriptomic data, enabling a detailed understanding of the molecular and metabolic variations across different floral organs. The pronounced abundance of differentially expressed genes and metabolites in the stamen (424), leaf (345), tepal (196), stigma (177), and corm (133) underscores the intricate regulatory networks governing source-to-sink partitioning and dynamic metabolic processes. Notably, our study identified several bioactive compounds, including crocin, picrocrocin, crocetin, safranal, cannabielsoin, quercetin, prenylnaringenin, isorhamnetin, pelargonidin, kaempferol, and gallic acid, all of which exhibit potential therapeutic properties. In conclusion, this comprehensive analysis significantly enhances our understanding of the molecular mechanisms driving the biosynthesis of apocarotenoids, cannabinoids, anthocyanins, and flavonoids in saffron, thereby providing valuable insights and paving the way for future research in this area.