美国Salk Institute研究所公布全球首个大麻泛基因组

• 全文链接

关键词：

来源：

Nature

全文链接：

//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/856863b1-080f-44fd-9fa1-775ca54f93ed

来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09065-0

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-05-28

摘要：

2025年5月28日，《Nature》在线发表了来自美国Salk Institute研究所的Todd P. Michael为通讯作者题为“Domesticated cannabinoid synthases amid a wild mosaic cannabis pangenome”的研究论文。该研究通过构建包含193个基因组的全球首个大麻泛基因组，揭示了栽培大麻存在显著未开发的遗传多样性、性染色体演化新机制及大麻素合成途径的驯化特征。该研究颠覆了"大麻为单一种"的传统认知，证明其多样性远超预期。大麻（Cannabis sativa）是一种具有8000年栽培历史的多用途作物，兼具纤维、油料和药用价值。然而，20世纪初的全球禁令严重限制了其种质资源开发和育种进程，导致纤维应用潜力未能充分释放。尽管近年部分国家放宽管制，但大麻基因组的高杂合性（SNP >2%）和复杂转座元件（TE占比79%）阻碍了对其多样性本质的理解。此前研究仅基于少数参考基因组，无法全面解析种群结构、性染色体演化及次生代谢物合成的遗传基础。该研究基于144份样本（含78个单倍型解析染色体组）构建泛基因组，发现大麻存在至少五个遗传分化群：北美毒品型（MJ）、高CBD药用型（HC）、欧洲纤维型、亚洲纤维型及西藏野生型。其中西藏野生样本与所有栽培品系显著分化，证实亚洲存在未被描述的野生近缘种。此外，该研究发现近10万年内爆发的转座活性（LTR-RT占比50%）导致种群特异性结构变异（SV），SV区域占基因组20.6%。毒品型（MJ）基因组中，Ty3-LTR在重复区域富集，与纤维型形成显著分化。然而，尽管位于高变TE阵列中，四氢大麻酚酸合成酶（THCAS）和大麻二酚酸合成酶（CBDAS）基因呈现极低多样性，每个单倍型仅保留1个全长功能拷贝。最后，该研究还揭示李稀有丙基大麻素合成机制。研究发现酰基脂硫酯酶基因（ALT3/ALT4）的跨染色体复制与丙基大麻素（THCV/CBDV）合成相关。BKR基因的2-bp缺失导致功能丧失，促使丁酰基-ACP累积转化为丙基大麻素前体。综上所述，该研究首次绘制大麻泛基因组全景图，揭示各种种质的遗传分化表明全球大麻基因库仅部分被表征，为发掘抗逆、纤维品质改良基因提供新资源；破译大麻素合成酶的"高变环境-保守功能"悖论，为合规品种（THC<0.3%）分子设计奠定基础。同时该研究颠覆了"大麻为单一种"的传统认知，证明其多样性远超预期。