Зажечь свет: как гены светлячков помогают понять биологию каннабиса

Каннабис, известный своими лечебными свойствами, производит десятки соединений — каннабиноидов, таких как каннабидиоловая кислота (CBD). Эти соединения синтезируются в трихомах — мелких волосках на поверхности цветков растения. Однако молекулярные механизмы, контролирующие развитие трихом и биосинтез каннабиноидов, оставались малоизученными.

Исследователи из Колледжа сельского хозяйства, здравоохранения и природных ресурсов, профессор Джерри Берковиц и доцент И Ма, вместе с аспирантами, обнаружили транскрипционные факторы, ответственные за инициацию образования трихом и биосинтез каннабиноидов. Эти факторы заставляют эпидермальные клетки цветков превращаться в трихомы. Результаты были опубликованы в журналах Plants и Plant Direct, а на технологию подана предварительная заявка на патент.

Для дальнейшего изучения роли этих транскрипционных факторов учёные планируют использовать репортёрную систему на основе люциферазы светлячка. Они клонируют промоторы (участки ДНК, с которыми связываются транскрипционные факторы) интересующих генов каннабиса и вставят их в клетки модельного растения вместе с геном люциферазы. Если промотор активируется (например, нужным транскрипционным фактором или гормоном), люцифераза произведёт свет, который зафиксирует люминометр.

Предыдущие исследования команды показали, что ключевым ограничивающим фактором производства THC может быть не сам синтезирующий его фермент, а генерация предшественника и его транспорт во внеклеточную полость трихомы.

Это фундаментальное знание имеет практическое значение. Большинство фермеров выращивают техническую коноплю (hemp), в которой по закону США уровень THC не должен превышать 0.3%. Однако многие сорта с высоким CBD всё же содержат неприемлемо высокий THC. Понимание механизмов синтеза THC позволит с помощью методов геномного редактирования, таких как CRISPR, "выключить" ген, кодирующий фермент для производства THC, создав легальные растения с высоким CBD.

С другой стороны, эти знания могут помочь создать растения, производящие больше целевого каннабиноида, повысив их ценность. Как говорят исследователи, эта работа направлена на создание генетических инструментов для улучшения профиля каннабиноидов, помощи фермерам и укрепления здоровья человека.