古代病毒如何使大麻变得更高

世界上第一个大麻染色体图谱揭示了植物的进化过去，并指出它作为潜在药物的未来。大学生和生物多样性公约，大麻生产的生物活性物质，以及医疗患者和娱乐用户所寻求的生物活性物质，由于植物基因组通过病毒的古老殖民化而茁壮成长，研究人员发现。

这一发现只是期待已久的大麻基因组图谱揭示的一个见解，详细描述了染色体上的基因排列，最近发表在Genome Research期刊上。其他启示包括发现一种负责产生大麻素的基因，或CBC，一种鲜为人知的大麻素，因为已知大麻中的活性物质，以及对菌株效力如何确定的新见解。

“染色体图谱是进一步研究的重要基础资源，尽管大麻的广泛使用，由于限制性立法，已经落后于其他作物，”唐纳利细胞和生物分子研究中心教授，共同领导人蒂姆休斯说。这项研究。休斯还是加拿大研究促进研究所分子遗传学系教授和高级研究员。

研究人员预计，该地图将加速育种工作，以创造具有所需医疗特性的新菌株，以及可以更可持续地种植或增加对病虫害的抗性的品种。

该研究由Tim Hughes团队与Aurora Cannabis和不列颠哥伦比亚大学的Jonathan Page以及纽约Mt Sinai伊坎医学院的Harm van Bakel合作完成。

Hughes，Page和van Bakel在2011年首次聚集在一起，当时他们发布了第一份大麻基因组草案，该草案过于分散，无法揭示染色体上的基因位置。

新地图揭示了属于同一物种大麻(Cannabis sativa)的大麻和大麻如何演变成具有不同化学特性的独立菌株。用于吸毒的大麻植物(“大麻”)含有丰富的精神活性四氢大麻酚或THC，而大麻则生产大麻二酚或CBD，因其药用潜力而广受欢迎。有些人使用CBD来缓解疼痛，它也被用来治疗癫痫，精神分裂症和阿尔茨海默氏症。

产生THC和CBD的酶分别由THCA和CBDA合酶基因编码。两者都发现在大麻基因组包装的十条染色体的6号染色体上。在那里，酶基因被大量的乱码DNA所包围，这些DNA来自几百万年前殖民基因组的病毒。这种病毒DNA，或者众所周知的逆转录因子，通过跳入宿主细胞DNA的其他位点，制成了遍布基因组的自身拷贝。

“植物基因组可以包含数百万个逆转录复制品，”纽约伊坎数据科学和基因组技术研究所助理教授，遗传学和基因组科学系的助理教授范巴克说。“这意味着连接染色体上的基因类似于组装一个巨大的拼图，其中四分之三的颜色几乎是相同的颜色。遗传图谱和PacBio测序技术的结合使我们能够增加拼图的大小并找到足够的区分特征以促进组装过程并确定合酶基因。“

研究人员认为，祖先合酶基因的基因重复和不断扩大的逆转录因素促使古代大麻分裂成化学上不同的类型。随后人类选择含有所需化学物质如高THC的植物。

THCA和CBDA合酶的基因序列几乎相同，支持它们来自数百万年前复制的相同基因的观点。随着时间的推移，一个或两个基因拷贝因入侵逆转录而变得混乱，并且通过分别进化，它们最终产生两种不同的酶 - 在大麻(纤维型)中发现的CBDA合酶和在药物型(大麻)中的THCA合酶。

因为酶在DNA水平上是如此相似，所以直到这项研究，它们是否由单独的基因或相同基因的两个版本编码甚至不清楚。令人困惑的是，大多数菌株都产生了CBD和THC，尽管育种者努力种植大麻品种，而不是那些想要避免它的用户改变思维方式。

现在，染色体图清楚地显示了两个不同的基因在起作用，这使得在育种期间可以将它们分开以生长没有THC的植物。

医学菌株中的一些精神活性效应可能来自CBC，CBC是一种鲜为人知的大麻素，具有不寻常的药理学，包括抗炎特性。负责CBC合成的基因的发现将使育种者能够在未来的品种中定制其内容。“由于研究的限制，主流科学仍然做得还不够，”UBC和加拿大最大的医用大麻生产商之一Aurora的首席科学官佩奇说。“合法化和迫在眉睫的研究监管确实为进行更多研究提供了机会。加拿大正在引领这条道路。”