野生大麻转录组分析揭示组织特异性表达与次生代谢调控机制

为解决大麻(Cannabis sativa)次生代谢调控机制不明的问题，研究人员对野生大麻开展多组织转录组分析，鉴定出2,530个差异表达基因(DEGs)，发现TPS（萜烯合成酶）和PAL（苯丙氨酸解氨酶）在叶片中高表达，揭示8,729种可变剪接事件及3,245个lncRNA的调控潜力，为代谢工程和育种提供新靶点。

　　

研究背景
大麻(Cannabis sativa)因其独特的次生代谢产物——如具有镇痛和抗炎作用的四氢大麻酚(THC)和 cannabidiol(CBD)——成为医药和农业领域的研究热点。然而，其THC的致幻性导致全球多地对其种植和研究严格限制，加之缺乏成熟的遗传转化体系，使得解析其代谢调控网络面临挑战。野生大麻种群（如喜马拉雅地区）具有丰富的遗传多样性，但对其组织特异性代谢调控机制的系统研究仍属空白。

研究团队与方法
公安部法医科学研究所等机构的研究人员对西藏野生大麻的根、茎、叶等52个样本进行转录组测序（Illumina NovaSeq平台），结合qRT-PCR验证，通过DESeq2分析差异基因，rMATS检测可变剪接，CPC2/CNCI预测lncRNA，GATK HaplotypeCaller鉴定遗传变异。

研究结果

1. 组织特异性基因表达
   叶片中TPS（FPKM=32.7）和PAL显著上调，与萜类和苯丙烷类合成相关，而根中富集初级代谢基因。

2. 可变剪接事件
   发现8,729个事件，42.3%为外显子跳跃，可能通过产生TPS/PAL异构体调控代谢通路。

3. lncRNA调控网络
   预测3,245个lncRNA，部分与代谢基因共表达，如NOVEL.4.1（编码概率0.097）可能参与萜类合成。

4. 遗传变异
   叶片中12,314个SNP和2,786个INDEL富集于次生代谢基因，如TPS的错义突变可能影响酶活性。

5. 实验验证
   qRT-PCR证实CBDAS在开花期叶片表达量达根组织的8.2倍，与RNA-seq数据一致。

结论与意义
该研究首次系统揭示野生大麻组织特异性代谢调控的分子基础，发表于《BMC Genomics》。发现的可变剪接和lncRNA为代谢工程提供新靶点，如通过编辑TPS异构体优化萜类产量。遗传变异数据为培育低THC高CBD品种奠定基础，同时为解析植物环境适应性提供模型。局限性在于缺乏蛋白组验证，未来需结合多组学深入探究AS和lncRNA的功能机制。