Skapa en fysisk och genetisk karta över Cannabis sativa

De Cannabis sativa växten används vanligtvis för en mängd olika medicinska, jordbruks, industriella och rekreationsändamål runt om i världen. Trots sin utbredda användning, det finns fortfarande lite genetisk information som ger stöd för dess läkemedel, kemiska och/eller psykoaktiva egenskaper.

För detta ändamål, forskare i USA nyligen utvecklat en fysisk och genetisk karta över Cannabis sativa för att underlätta ytterligare undersökning av de genetiska och molekylära mekanismer som denna växt uppvisar. Forskningen publicerades i tidskriften Genomforskning.

Yarygin | Shutterstock

Tidiga genommonteringsstudier av Cannabis

Medan biosyntesen av cannabinoidföreningarna inom Cannabis sativa växten kan variera mycket beroende på avelsmetoder som används, de två vanligaste cannabinoiderna av cannabis antas härröra från en enda gemensam källa som kallas cannabigerolsyra (CBGA).

Produktionen av tetrahydrocannabinolsyra (THCA) och cannabidiol acid (CBDA) initieras sedan genom reaktion av CBGA med THCA -syntas och CBDA -syntas, respektive.

Även om tidiga studier har fastställt att uttrycket av dessa två enzymer spelar en direkt roll för att bestämma det slutliga cannabinoidinnehållet, det finns en begränsad förståelse för vilka mekanismer som är ansvariga för det ökade eller sänkta uttrycket av dessa enzymer.

För att lösa denna osäkerhet, två olika genommonteringsteorier har föreslagits. I en teori, både CBDA -syntas och THCA -syntas är ömsesidigt uteslutande alleler. I den andra teorin, det antas att dessa två enzymer är nära kopplade. Dock, den specifika cannabisstammen kommer i slutändan att bestämma nivån på varje enzyms aktivitet under biosyntes.

Under 2011, en grupp forskare försökte likforma Finola (FN) hampväxt för att bestämma giltigheten av dessa två teorier; dock, de förblev misslyckade till följd av hög fragmentering.

Kartlägga Cannabis genom

Under 2019 Genomforskning studie, forskarna kopplade Pacific Biosciences (PacBio) långläst enkelmolekylerad realtids (SMRT) sekvensering av genomiskt DNA (gDNA) från den kvinnliga föräldraläkertypen Purple Kush-växten och den manliga föräldern FN-hampväxt. Eftersom de genetiska kartorna för både PK- och FN -växterna var relativt konsekventa, forskarna bestämde sig för att slå samman de två genetiska kartorna för en fullständig analys.

Analysen av den genetiska kartan för både PK- och FN -växterna visade en särskilt stark tendens att både närvaro av gener och rekombination inträffar nära kromosomernas ändar. Övergripande, forskarna fann att organisationen av gener i både PK- och FN -växterna liknade det som observeras i spannmålsprodukter som majs, korn och vete. Det är viktigt att notera att det är sällsynt att denna typ av genetiskt mönster syns i icke-spannmålsprodukter.

Det som var särskilt unikt med den genetiska kartan som producerades i denna studie var identifiering av genen som kodar för cannabikromeninsyra (CBCA) syntas. Denna upptäckt baserades på det faktum att nukleotidmönstren för denna gen var 96% identiska med THCA -syntasgenen.

Enzymaktivitet för denna gen bestämdes senare genom tillsats av ett CBGA -substrat till klarade odlingsmedier, följt av en analys av produkterna från denna reaktion med högpresterande vätskekromatografi (HPLC). Den höga ackumuleringen av CBCA bekräftade att forskarna faktiskt hade identifierat CBCA -syntas -kodande gen.

Vad betyder forskningen?

Identifieringen av genen som kodar för CBCA -syntas ger en lovande potential för en mängd olika framtida farmakologiska studier. Till exempel, de smärtstillande egenskaperna hos CBC är resultatet av dess förmåga att blockera aktiviteten hos potentiella kanaler av receptorer av ankyrintyp som spelar en roll i vår uppfattning av smärta. CBC har också associerats med vissa antiinflammatoriska egenskaper i mag-tarmsystemet hos möss.

Genom att förstå den specifika genens roll för att producera CBCA -syntas, framtida uppfödningstekniker kan rikta in sig på stammar som uppvisar högre mängder i denna gen i ett försök att behandla specifika sjukdomar som irritabelt tarmsyndrom och Crohns sjukdom, som båda får patienter att uppleva höga nivåer av tarminflammation och smärta.

Kvitteringar

Arbetet som diskuteras i denna artikel fick ekonomiskt stöd av Canadian Institute of Health Research, liksom National Institute of Health (NIH) National Institute of Allergy and Infectious Diseases.

• Höjdpunkter och viktiga saker att hämta från Boston Bacterial Meeting 2019 (BBM)
• Utnyttja kraften hos hudmikrobiom för att utveckla nya läkemedel