Die Herkunft von Safran. Teil 2: Die Rolle von Polyploidie für die Safran Metabolite
Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Crocus sativus, ist die Hauptquelle für Safran, des teuersten Gewürzes der Welt. Safran besteht aus den getrockneten Narben, die ein spezielles Aroma, bitteren Geschmack und eine goldgelbe Farbe besitzen. Diese werden durch Stoffwechselprodukte wie Crocetin und seine Glucosylester (Crocine) sowie Picrocrocin und sein Aglykon Safranal verursacht. Historisch gesehen wurde Safran nicht ausschließlich mit C. sativus assoziiert. Aus alten Aufzeichnungen geht hervor, dass verschiedene Zivilisationen der Ägäis und im östlichen Mittelmeerraum ursprünglich auch C. cartwrightianus als wilden Safran verwendeten. Unserer Arbeiten zeigten, dass C. cartwrightianus die Stammform des Safrankrokus ist. Die Wildpopulationen in Attika wiesen die größte Ähnlichkeit mit C. sativus auf. Beide Arten haben die langen, dunkelroten Narben und Ähnlichkeiten in Geschmack und Aroma. Innerhalb der Populationen von C. cartwrightianus in Attika stellten wir eine große genetische Vielfalt fest: Safranspezifische Merkmale und Allele sind in unterschiedlichsten Kombinationen in den Individuen der Wildart verteilt. Die autotriploide Natur des Safran-Genoms ist das Ergebnis der Kombination verschiedener Genotypen von C. cartwrightianus aus Attika. Die hohe genetische Vielfalt bei C. cartwrightianus in Verbindung mit obligatem Auskreuzen und genomischer Rekombination führte seit der Entstehung des Safrankrokus zu einer ständigen Umverteilung der Allele und ist der Grund dafür, dass es heute wahrscheinlich kein Individuum gibt, das die elterlichen Allelkombinationen von C. sativus besitzt. Beim Safrankrokus hingegen ist der Allelstatus aufgrund der triploiden und sterilen Natur dieser Art "eingefroren". Alle weltweit kultivierten C. sativus gehen auf ein einziges Polyploidisierungsereignis zurück. Beim Screening natürlicher C. cartwrightianus-Populationen in Attika fanden wir nur diploide Individuen und Versuche, künstlich Polyploide zu erzeugen, führten bestenfalls zu Endopolyploidie, die nach einer kurzen Wachstumszeit wieder in Diploidie zurückfiel. Dies zeigt, dass Polyploidisierung bei dieser Art selten ist. Mit Hilfe von Transkriptom- und Metabolomanalysen verglichen wir wilden Safran mit der triploiden Kulturart. Wir fanden heraus, dass die wilden Individuen aus Attika in ihren Stoffwechselprofilen dem Safran am ähnlichsten, die Populationen anderer Standorte deutlich verschiedener waren. Überraschenderweise fanden wir im wilden Vorläufer verschiedene Carotinoide die der Kulturart fehlten. Wir interpretieren dieses Ergebnis als Hinweis darauf, dass im wilden Safran metabolische Zwischenprodukte vorherrschen, während sie im Safran zu den typischen sekundären Verbindungen des Gewürzes weiter metabolisiert werden. Eine vergleichende Transkriptomanalyse zwischen beiden Arten ergab Unterschiede bei den Genen, die an den nachgeschalteten Teilen des Apocarotenoid-Stoffwechsels beteiligt sind. Von besonderem Interesse für weitere Analysen sind mehrere unterschiedlich exprimierte UDP-Glykosyltransferasen (UGTs), die Schlüsselenzyme bei der Safranbiosynthese sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Phylogeny of the saffron-crocus species group, Crocus series Crocus (Iridaceae). Molecular Phylogenetics and Evolution, 127, 891-897.
Nemati, Zahra; Blattner, Frank R.; Kerndorff, Helmut; Erol, Osman & Harpke, Dörte
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Saffron (Crocus sativus) is an autotriploid that evolved in Attica (Greece) from wild Crocus cartwrightianus. Molecular Phylogenetics and Evolution, 136, 14-20.
Nemati, Zahra; Harpke, Dörte; Gemicioglu, Almila; Kerndorff, Helmut & Blattner, Frank R.
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Ancient Artworks and Crocus Genetics Both Support Saffron’s Origin in Early Greece. Frontiers in Plant Science, 13.
Kazemi-Shahandashti, Seyyedeh-Sanam; Mann, Ludwig; El-nagish, Abdullah; Harpke, Dörte; Nemati, Zahra; Usadel, Björn & Heitkam, Tony
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Metabolomic and transcriptomic analyses of yellow-flowered crocuses to infer alternative sources of saffron metabolites. BMC Plant Biology, 24(1).
Nemati, Zahra; Kazemi-Shahandashti, Seyyedeh-Sanam; Garibay-Hernández, Adriana; Mock, Hans-Peter; Schmidt, Maximilian H.-W.; Usadel, Björn & Blattner, Frank R.
