籽用大麻大麻素生物合成通路基因的全基因组鉴定与表达谱解析

《Tropical Plant Biology》：Genome-Wide Identification and Expression Analysis of Genes Related to Cannabinoid Biosynthesis Pathways in Seed Hemp

来自中国的研究人员为解析籽用大麻大麻素生物合成的遗传机制，系统性鉴定了25个关键基因，通过多组学分析揭示其组织特异性表达模式与调控元件，并利用VIGS技术验证基因功能，为药用大麻种质资源开发提供关键遗传基础。

　　

大麻素（Cannabinoids）作为大麻属植物特有的生物活性化合物，在治疗癫痫、疼痛和炎症性疾病中展现出显著治疗潜力。尽管其临床价值重要，籽用大麻中大麻素生物合成的遗传机制仍不明确。本研究在全基因组范围内系统性鉴定出25个参与大麻素合成通路的关键基因，并通过生物信息学分析深入解析了它们的理化性质、进化关系、基因结构、启动子顺式作用元件（cis-elements）及表达模式。对‘Yushe’品种的转录组分析揭示了这些基因在根、茎、叶和雄花/雌花中的组织特异性表达规律。这些基因被划分为四条生物合成通路：MEP（甲基赤藓醇磷酸，methylerythritol phosphate）通路、GPP（香叶基二磷酸，geranyl diphosphate）通路、乙酸通路和大麻素特异通路。启动子分析鉴定出与光响应、植物激素信号传导和胁迫适应相关的关键顺式元件。值得注意的是，7个基因（CsaDXS、CsaHDS、CsaHDR、CsaGPP(lsu)、CsaHPL、CsaTHCAS、CsaCBDAS）在雄叶中高表达，而4个基因（CsaDXR、CsaGPP(lsu)、CsaHPL、CsaCBDAS）在雌花中上调。比较基因组分析显示，药用型大麻在CsaDXS、CsaHDS、CsaTHCAS和CsaCBDAS基因上具有更高拷贝数，这可能解释其高产大麻素特性。通过VIGS（病毒诱导基因沉默）技术对PT基因进行功能验证，发现THCAS和CBDAS表达显著下调。该研究为大麻素合酶基因的功能解析提供了关键遗传资源，并推动籽用大麻种质资源的理性利用。