Le safran est l’épice la plus chère du monde. Habituellement obtenu à partir du stigmate des fleurs de Crocus sativa, il faut 150 000 à 200 000 fleurs pour produire un kilogramme de safran. Maintenant, les chercheurs de KAUST ont trouvé un moyen d’utiliser une plante de jardin commune pour produire l’ingrédient actif du safran, un composé avec d’importantes applications thérapeutiques et alimentaires.
La couleur du safran provient des crocines : des pigments hydrosolubles dérivés des caroténoïdes par un processus catalysé par des enzymes appelées dioxygénases de clivage des caroténoïdes (CCD). Les crocines sont également présentes, bien qu’en quantités beaucoup plus faibles, dans les fruits de Gardenia jasminoides, une plante ornementale utilisée en médecine traditionnelle chinoise.
Les crocines ont un potentiel thérapeutique élevé, notamment leur rôle dans la protection des cellules neurales contre la dégradation, ainsi que leurs propriétés antidépressives, sédatives et antioxydantes. Ils ont également un rôle important en tant que colorants alimentaires naturels.
La récolte et la transformation des stigmates de safran cueillis à la main demandent beaucoup de main-d’œuvre. De plus, le safran n’est cultivé que dans des zones limitées de la Méditerranée et de l’Asie. Ainsi, de nouvelles approches biotechnologiques pour produire ces composés en grande quantité sont très demandées.
Les chercheurs de KAUST ont identifié une enzyme dioxygénase de clivage des caroténoïdes très efficace à partir de Gardenia jasminoides qui produit le dialdéhyde de crocétine, précurseur de la crocine. Ils ont maintenant établi un système pour étudier l’activité enzymatique CCD dans les plantes et développé une approche d’ingénierie multigénique pour la production biotechnologique durable de crocines dans les tissus végétaux.
« L’enzyme que nous avons identifiée et la stratégie d’ingénierie multigénique pourraient être utilisées pour établir une usine de cellules végétales durable pour la production de crocine dans la culture tissulaire de différentes espèces végétales », explique l’auteur principal de l’étude Xiongie Zheng.
« Notre approche biotechnologique peut également être utilisée sur des cultures, comme le riz, pour développer des aliments fonctionnels riches en crocine. »
Selon le chef d’équipe Salim Al-Babili, l’étude ouvre la voie à une production biotechnologique efficace de crocines et d’autres composés de grande valeur dérivés des caroténoïdes (apocaroténoïdes) en tant que produits pharmaceutiques dans les tissus verts ainsi que dans d’autres organes végétaux riches en amidon. Il met également en évidence la contribution de la diversification fonctionnelle des gènes CCD à l’évolution indépendante des voies alternatives de biosynthèse des apocaroténoïdes chez différentes plantes.
« La plupart de nos connaissances sur l’activité enzymatique CCD et la spécificité du substrat proviennent d’expériences utilisant E. coli conçu pour produire différents caroténoïdes », dit-il.
« La caractérisation fonctionnelle chez les plantes, par exemple en utilisant une approche transgénique comme celle que nous avons ici, est importante pour déduire le rôle des CCD dans le métabolisme des caroténoïdes et démêler leur contribution réelle au modèle caroténoïde/apocaroténoïde. »
La technologie de la plate-forme pourrait être utilisée pour produire d’autres composés dérivés de caroténoïdes importants, y compris des parfums et des colorants largement utilisés.
« Il pourrait être utilisé pour produire du safranal et de la picrocrocine, par exemple, qui donnent le goût et l’arôme caractéristique du safran. Ceux-ci pourraient être utilisés comme additifs aromatiques et ils ont également un potentiel bioactif en attente d’exploration », ajoute Zheng.
La recherche a été publiée dans Revue de biotechnologie végétale.
Xiongjie Zheng et al, Gardenia caroténoïde clivage dioxygénase 4a est un outil efficace pour la production biotechnologique de crocines dans les tissus végétaux verts et non verts, Revue de biotechnologie végétale (2022). DOI : 10.1111/pbi.13901