ウイルス駆動システムを用いたニコチアナ・ベンタミアナのサフランクロシンとピクロシンの効率的生産

Efficient production of saffron crocins and picrocrocin in Nicotiana benthamiana using a virus-driven system.

• Maricarmen Martí
• Gianfranco Diretto
• Verónica Aragonés
• Sarah Frusciante
• Oussama Ahrazem
• Lourdes Gómez-Gómez
• José-Antonio Daròs

抄録

クロシンとピクロシンは、それぞれグリコシル化されたアポカロテノイドで、価格が高いことからレッドゴールドとして知られているサフランの色と独特の味の原因となっています。これらの化合物の健康増進効果もいくつかの研究で明らかにされています。しかし、これらの代謝物は高価であるため、医薬品分野での利用が難しいのが現状です。我々は、ニコチアナ・ベンタミアナの成体植物において、わずか 2 週間で顕著な量のクロシンとピクロシンを生産するためのウイルス駆動システムを開発した。このシステムは、Crocus sativusとBuddleja davidiiからの特異的なカロテノイド切断ジオキシゲナーゼ（CCD）酵素を発現するタバコエッチポティウイルス由来のウイルスクローンで構成されています。感染組織の代謝解析を行ったところ、C. sativus CsCCD2LまたはB. davidii BdCCD4.1をウイルス単独で発現させると、クロシン、ピクロクロシンおよびサフラナールが産生されることが明らかになった。CsCCD2Lを発現させた組換えウイルスを用いた場合、わずか2週間で葉の乾燥重量にクロシンが0.2％、ピクロクロシンが0.8％の蓄積が認められた。N. benthamianaのアポカロテノイド含量を改善する試みとして、CsCCD2LをPantoea ananatisフィトエン合成酵素(PaCrtB)やサフランβ-カロテンヒドロキシラーゼ2(BCH2)などの他のカロテノイド生成酵素と同じウイルス系を用いて共発現させた。このコンビナトリアルアプローチは、CsCCD2LとPaCrtBを共発現させた葉において0.35%までのクロシンの追加増加をもたらした。サフランのアポカロテノイドは年に一度、花のスティグマから収穫されるためコストが高く、ブドレヤの花の蓄積量が少ないことを考えると、このシステムは、これらの評価された代謝物の持続的な生産のための魅力的な代替手段となるかもしれません。

Crocins and picrocrocin are glycosylated apocarotenoids responsible, respectively, for the color and the unique taste of the saffron spice, known as red gold due to its high price. Several studies have also shown the health-promoting properties of these compounds. However, their high costs hamper the wide use of these metabolites in the pharmaceutical sector. We have developed a virus-driven system to produce remarkable amounts of crocins and picrocrocin in adult Nicotiana benthamiana plants in only two weeks. The system consists of viral clones derived from tobacco etch potyvirus that express specific carotenoid cleavage dioxygenase (CCD) enzymes from Crocus sativus and Buddleja davidii. Metabolic analyses of infected tissues demonstrated that the sole virus-driven expression of C. sativus CsCCD2L or B. davidii BdCCD4.1 resulted in the production of crocins, picrocrocin and safranal. Using the recombinant virus that expressed CsCCD2L, accumulations of 0.2% of crocins and 0.8% of picrocrocin in leaf dry weight were reached in only two weeks. In an attempt to improve apocarotenoid content in N. benthamiana, co-expression of CsCCD2L with other carotenogenic enzymes, such as Pantoea ananatis phytoene synthase (PaCrtB) and saffron β-carotene hydroxylase 2 (BCH2), was performed using the same viral system. This combinatorial approach led to an additional crocin increase up to 0.35% in leaves in which CsCCD2L and PaCrtB were co-expressed. Considering that saffron apocarotenoids are costly harvested from flower stigma once a year, and that Buddleja spp. flowers accumulate lower amounts, this system may be an attractive alternative for the sustainable production of these appreciated metabolites.

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