世界上第一個大麻染色體圖譜揭示了植物的進化過去，并指出它作為潛在藥物的未來。大學(xué)生和生物多樣性公約，大麻生產(chǎn)的生物活性物質(zhì)，以及醫(yī)療患者和娛樂用戶所尋求的生物活性物質(zhì)，由于植物基因組通過病毒的古老殖民化而茁壯成長，研究人員發(fā)現(xiàn)。

這一發(fā)現(xiàn)只是期待已久的大麻基因組圖譜揭示的一個見解，詳細(xì)描述了染色體上的基因排列，最近發(fā)表在Genome Research期刊上。其他啟示包括發(fā)現(xiàn)一種負(fù)責(zé)產(chǎn)生大麻素的基因，或CBC，一種鮮為人知的大麻素，因為已知大麻中的活性物質(zhì)，以及對菌株效力如何確定的新見解。

“染色體圖譜是進一步研究的重要基礎(chǔ)資源，盡管大麻的廣泛使用，由于限制性立法，已經(jīng)落后于其他作物，”唐納利細(xì)胞和生物分子研究中心教授，共同領(lǐng)導(dǎo)人蒂姆休斯說。這項研究。休斯還是加拿大研究促進研究所分子遺傳學(xué)系教授和高級研究員。

研究人員預(yù)計，該地圖將加速育種工作，以創(chuàng)造具有所需醫(yī)療特性的新菌株，以及可以更可持續(xù)地種植或增加對病蟲害的抗性的品種。

該研究由Tim Hughes團隊與Aurora Cannabis和不列顛哥倫比亞大學(xué)的Jonathan Page以及紐約Mt Sinai伊坎醫(yī)學(xué)院的Harm van Bakel合作完成。

Hughes，Page和van Bakel在2011年首次聚集在一起，當(dāng)時他們發(fā)布了第一份大麻基因組草案，該草案過于分散，無法揭示染色體上的基因位置。

新地圖揭示了屬于同一物種大麻(Cannabis sativa)的大麻和大麻如何演變成具有不同化學(xué)特性的獨立菌株。用于吸毒的大麻植物(“大麻”)含有豐富的精神活性四氫大麻酚或THC，而大麻則生產(chǎn)大麻二酚或CBD，因其藥用潛力而廣受歡迎。有些人使用CBD來緩解疼痛，它也被用來治療癲癇，精神分裂癥和阿爾茨海默氏癥。

產(chǎn)生THC和CBD的酶分別由THCA和CBDA合酶基因編碼。兩者都發(fā)現(xiàn)在大麻基因組包裝的十條染色體的6號染色體上。在那里，酶基因被大量的亂碼DNA所包圍，這些DNA來自幾百萬年前殖民基因組的病毒。這種病毒DNA，或者眾所周知的逆轉(zhuǎn)錄因子，通過跳入宿主細(xì)胞DNA的其他位點，制成了遍布基因組的自身拷貝。

“植物基因組可以包含數(shù)百萬個逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制品，”紐約伊坎數(shù)據(jù)科學(xué)和基因組技術(shù)研究所助理教授，遺傳學(xué)和基因組科學(xué)系的助理教授范巴克說。“這意味著連接染色體上的基因類似于組裝一個巨大的拼圖，其中四分之三的顏色幾乎是相同的顏色。遺傳圖譜和PacBio測序技術(shù)的結(jié)合使我們能夠增加拼圖的大小并找到足夠的區(qū)分特征以促進組裝過程并確定合酶基因。“

研究人員認(rèn)為，祖先合酶基因的基因重復(fù)和不斷擴大的逆轉(zhuǎn)錄因素促使古代大麻分裂成化學(xué)上不同的類型。隨后人類選擇含有所需化學(xué)物質(zhì)如高THC的植物。

THCA和CBDA合酶的基因序列幾乎相同，支持它們來自數(shù)百萬年前復(fù)制的相同基因的觀點。隨著時間的推移，一個或兩個基因拷貝因入侵逆轉(zhuǎn)錄而變得混亂，并且通過分別進化，它們最終產(chǎn)生兩種不同的酶 - 在大麻(纖維型)中發(fā)現(xiàn)的CBDA合酶和在藥物型(大麻)中的THCA合酶。

因為酶在DNA水平上是如此相似，所以直到這項研究，它們是否由單獨的基因或相同基因的兩個版本編碼甚至不清楚。令人困惑的是，大多數(shù)菌株都產(chǎn)生了CBD和THC，盡管育種者努力種植大麻品種，而不是那些想要避免它的用戶改變思維方式。

現(xiàn)在，染色體圖清楚地顯示了兩個不同的基因在起作用，這使得在育種期間可以將它們分開以生長沒有THC的植物。

醫(yī)學(xué)菌株中的一些精神活性效應(yīng)可能來自CBC，CBC是一種鮮為人知的大麻素，具有不尋常的藥理學(xué)，包括抗炎特性。負(fù)責(zé)CBC合成的基因的發(fā)現(xiàn)將使育種者能夠在未來的品種中定制其內(nèi)容。“由于研究的限制，主流科學(xué)仍然做得還不夠，”UBC和加拿大最大的醫(yī)用大麻生產(chǎn)商之一Aurora的首席科學(xué)官佩奇說。“合法化和迫在眉睫的研究監(jiān)管確實為進行更多研究提供了機會。加拿大正在引領(lǐng)這條道路。”