Transcriptomics Integrated with Metabolomics Unveil Carotenoids Accumulation and Correlated Gene Regulation in White and Yellow-Fleshed Turnip (Brassica rapa ssp. rapa)

Abstract

Turnip (Brassica rapa ssp. rapa) is considered to be a highly nutritious and health-promoting vegetable crop, whose flesh color can be divided into yellow and white. It is widely accepted that yellow-fleshed turnips have higher nutritional value. However, reports about flesh color formation is lacking. Here, the white-fleshed inbred line, W21, and yellow-fleshed inbred line, W25, were profiled from the swollen root of the turnip at three developmental periods to elucidate the yellow color formation. Transcriptomics integrated with metabolomics analysis showed that the PSY gene was the key gene affecting the carotenoids formation in W25. The coding sequence of BrrPSY-W25 was 1278 bp and that of BrrPSY-W21 was 1275 bp, and BrrPSY was more highly expressed in swollen roots in W25 than in W21. Transient transgenic tobacco leaf over-expressing BrrPSY-W and BrrPSY-Y showed higher transcript levels and carotenoids contents. Results revealed that yellow turnip formation is due to high expression of the PSY gene rather than mutations in the PSY gene, indicating that a post-transcriptional regulatory mechanism may affect carotenoids formation. Results obtained in this study will be helpful for explaining the carotenoids accumulation of turnips.

Carotenoides

“…El GGPP se condensa en fitoeno incoloro por la actividad del PSY (Ren et al, 2022). La producción de fitoeno a partir del GGPP por PSY es el primer paso comprometido en la biosíntesis de carotenoides .…”

“…La producción de fitoeno a partir del GGPP por PSY es el primer paso comprometido en la biosíntesis de carotenoides . Luego, el fitoeno incoloro forma múltiples compuestos, como βcaroteno, δ-caroteno, zeaxantina, luteína, violaxantina y neoxantina, a través de una serie de reacciones (Figura 13) (Ren et al, 2022).…”

“…Isomerización del 15-cis-fitoeno. Luego de la condensación de dos unidades de Geranilgeranil difosfato se produce 15-cis-fitoeno que por isomerización se obtiene todo trans-licopeno, este último es el precursor de todos los carotenoides (Ren et al, 2022).…”

“…En pimiento, el gen CCS fue considerado como el principal gen que controla la formación de naranja (Ren et al, 2022). En el descabezado del repollo chino, una gran inserción en el gen CRTISO conduce a la formación de naranja.…”

“…En zanahoria, el rojo se atribuye a la acumulación masiva de licopeno y β-caroteno, naranja se debe al enriquecimiento de β-caroteno, mientras que el amarillo es gracias a la concentración de luteína (Ren et al, 2022). La papaya (Carica papaya L.) es una fuente importante de carotenoides, siendo el β-caroteno, la β criptoxantina, la luteína y el licopeno los principales carotenoides que se encuentran en esta fruta (Figura 70) (Lara-Abia et al, 2021).…”