El primer mapa cromosómico de cannabis del mundo revela el pasado evolutivo de la planta y señala su futuro como medicina potencial.
THC y CBD, sustancias bioactivas producidas por el cannabis y buscadas por pacientes médicos y usuarios recreativos, surgieron gracias a la antigua colonización del genoma de la planta por virus, según descubrieron investigadores de la U de T.
El hallazgo es solo una de las ideas reveladas por el tan esperado mapa del genoma del cannabis que detalla la disposición de los genes en los cromosomas, publicado recientemente en la revista Investigación del genoma . Entre otras revelaciones se encuentran el descubrimiento de un gen responsable de la producción de cannabicromene, o CBC, un cannabinoide menos conocido, como se conocen las sustancias activas en el cannabis, y nuevas ideas sobre cómo se determina la potencia de la cepa.
"El mapa de cromosomas es un recurso fundamental importante para futuras investigaciones que, a pesar del uso generalizado del cannabis, se ha quedado atrás de otros cultivos debido a la legislación restrictiva", dice Tim Hughes, profesor del Centro Donnelly de Investigación Celular y Biomolecular y coLíder del estudio. Hughes también es profesor en el Departamento de Genética Molecular y miembro principal del Instituto Canadiense para el Avance de la Investigación.
Los investigadores esperan que el mapa acelere los esfuerzos de reproducción para crear nuevas cepas con las propiedades médicas deseadas, así como variedades que puedan cultivarse de manera más sostenible o con una mayor resistencia a enfermedades y plagas.
El estudio fue una colaboración de tres partes entre el equipo de Tim Hughes y los de Jonathan Page, de Aurora Cannabis y la Universidad de Columbia Británica, y Harm van Bakel, de la Escuela de Medicina Icahn en Mt Sinai en Nueva York.
Hughes, Page y van Bakel se reunieron por primera vez en 2011 cuando lanzaron el primer borrador del genoma del cannabis que estaba demasiado fragmentado para revelar la posición de los genes en los cromosomas.
El nuevo mapa revela cómo el cáñamo y la marihuana, que pertenecen a la misma especie Cannabis sativa, evolucionaron como cepas separadas con propiedades químicas distintas. Las plantas de cannabis cultivadas para el consumo de drogas "marihuana" son abundantes en tetrahidrocannabinol psicoactivo o THC, mientras queEl cáñamo produce cannabidiol, o CBD, popular recientemente por su potencial medicinal. Algunas personas usan CBD para aliviar el dolor y también se está probando como tratamiento para la epilepsia, la esquizofrenia y el Alzheimer.
Las enzimas que producen THC y CBD están codificadas por los genes THCA y CBDA sintasa, respectivamente. Ambas se encuentran en el cromosoma 6 de los diez cromosomas en los que está empaquetado el genoma del cannabis. Allí, los genes de la enzima están rodeados por vastas franjas de ADN ilegible queprovenía de virus que colonizaron el genoma hace millones de años. Este ADN viral, o retroelementos como se le conoce, hizo copias de sí mismo que se diseminó a través del genoma al saltar a otros sitios en el ADN de la célula huésped.
"Los genomas de plantas pueden contener millones de copias de retroelementos", dice van Bakel, profesor asistente en el Instituto Icahn de Ciencia de Datos y Tecnología Genómica en Nueva York y en el departamento de Genética y Ciencias del Genoma ". Esto significa que los genes se vinculanlos cromosomas son análogos al ensamblaje de un gran rompecabezas donde las tres cuartas partes de las piezas son casi del mismo color. La combinación de un mapa genético y la tecnología de secuenciación PacBio nos permitió aumentar el tamaño de las piezas del rompecabezas y encontrar suficientes características distintivas para facilitar el proceso de ensamblajee identificar los genes sintasa "
Los investigadores creen que la duplicación génica del gen de la sintasa ancestral y la expansión de los retroelementos llevaron al cannabis antiguo a dividirse en tipos químicamente distintos. Posteriormente, los humanos seleccionaron las plantas que contenían una química deseable, como un alto contenido de THC.
Las secuencias de genes para las sintasas THCA y CBDA son casi idénticas, lo que respalda la idea de que provienen del mismo gen que se duplicó hace millones de años. Con el tiempo, una o ambas copias de genes se codificaron al invadir retroelementos y evolucionar por separado, finalmente llegaron a producir dos enzimas diferentes: CBDA sintasa que se encuentra en el cáñamo tipo de fibra y THCA sintasa en el tipo de droga marihuana.
Debido a que las enzimas son tan similares a nivel de ADN, hasta este estudio ni siquiera estaba claro si estaban codificadas por genes separados o por dos versiones del mismo gen. Además de la confusión estaba el hecho de que la mayoría de las cepas producen ambos CBDy THC a pesar de los esfuerzos de los obtentores para cultivar variedades de cáñamo libres del THC que altera la mente para los usuarios que buscan evitarlo.
El mapa de cromosomas ahora muestra claramente que están en juego dos genes distintos que deberían permitir separarlos durante la reproducción para cultivar plantas sin THC.
Algunos efectos psicoactivos en las cepas médicas podrían provenir del CBC, un cannabinoide menos conocido que tiene una farmacología inusual que incluye propiedades antiinflamatorias. El descubrimiento del gen responsable de la síntesis de CBC hará posible que los mejoradores puedan adaptar su contenido en futuras variedades.
"La ciencia convencional todavía no ha hecho lo suficiente debido a las restricciones de investigación", dice Page, de UBC y director científico de Aurora, uno de los mayores productores de cannabis medicinal de Canadá. "La legalización y la inminente facilidad de regulación de la investigación realmente brindan oportunidades paramás investigación por hacer. Y Canadá está liderando el camino "
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Materiales proporcionados por Universidad de Toronto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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