Antyczne virusy przyczyniły się do powstania THC i CBD

Nowa mapa chromosomu konopi ujawnia ewolucyjną przeszłość rośliny i wskazuje jej potencjalną przyszłość w medycynie. Istnieje tylko kilka roślin na świecie, które mogą pochwalić się tak dużą ilością badań na ich temat jak konopie. Jednak konopie jako jedne z niewielu, do niedawna nie posiadały jeszcze mapy genomu, tak jak inne popularne rośliny np. pszenica czy kukurydza.

Mapa genomu pokazuje, jak konopie włókniste i indyjskie, które należą do tego samego gatunku, Cannabis Sativa, ewoluowały jako osobne szczepy o odmiennych właściwościach chemicznych. Rośliny konopi uprawiane do celów rekreacyjnych są bogate w THC, podczas gdy konopie włókniste produkują kannabidiol, czyli CBD, ostatnio popularny ze względu na swój potencjał leczniczy przy leczeniu bólu, padaczki, schizofrenii czy alzheimera.

Enzymy wytwarzające THC i CBD są kodowane odpowiednio przez geny syntazy THCA i CBDA. Geny tych enzymow otoczone sa ogromnymi warstwami zniekształconego DNA pochodzącego z wirusow, które skolonizowały ten genom miliony lat temu. Te wirusowe DNA, lub retroelementy jak przyjeło się je nazywać, tworzyły kopie samych siebie, rozprzestrzeniając się po całym genomie przeskakując do innych miejsc w DNA komórki gospodarza.

Genomy roślin mogą zawierać miliony kopi retrospekcyjnych, co oznacza, że łączenie genów na chromosomach jest analogiczne do tworzenia ogromnej łamigłówki, w której trzy czwarte części ma prawie taki sam kolor. Kombinacja mapy genetycznej i technologii sekwencjonowania PacBio pozwoliła naukowcom zwiększyć rozmiar puzli i znaleźć wystarczająco dużo wyróżniających się cech, które ułatwiają proces składania i precyzyjnie określają geny syntazy.

Naukowcy są przekonani, że duplikacja genu syntazy przodków i ekspansja retroelementów doprowadziła do tego, że antyczna marihuana podzieliła się na chemicznie odmienne typy.

Sekwencje genów dla syntaz THC i CBD są prawie identyczne, wspierając ideę, że pochodzą one z tego samego genu, który został zduplikowany miliony lat temu. Z biegiem czasu, jedna lub obie kopie genów uległy wymieszaniu przez inwazję retroelementów i ewoluując osobno, w końcu przeszły do produkowania dwóch oddmiennych enzymów, syntazy CBDA (Hemp) i syntazy THCA w konopiach indyjskich (Marijuana).

Ponieważ enzymy są tak podobne na poziomie DNA, aż do tego badania nie było nawet jasne, czy są one kodowane przez oddzielne geny, czy dwie wersje tego samego genu. Do zamieszania przyczynił się fakt, że większość szczepów produkuje zarówno CBD, jak i THC, pomimo wysiłków hodowców do stworzenia odmiany wolnej od THC.

Dzięki tym badaniom naukowcy wykazali, że geny THC i CBD są zlokalizowane w nieco odmiennych miejscach, ale dzielą wspólnego genetycznego przodka. W przeszłości jeden gen musiał się zduplikować i pozwolił na wykształcenie się dwóch nowych wersji czyli THC i CBD.

Naukowcy odkryli także, że replikujące się fragmenty DNA, które zachowywały się jak virusy otaczały i wnikały w geny THC i CBD pomagając ewolucji wykształcić je do postaci, które znamy dzisiaj. Mapa chromosomu wskazuje teraz wyraźnie, że rolę grają tu dwa odrębne geny, które powinny umożliwić ich rodzielenie podczas hodowli w celu wzrostu roślin bez THC.

Źródło: University of Toronto