对分离出丙基大麻素生物合成能力的S1大麻后代中脂肪酸合成酶和大麻素合成酶的转录组分析

《Plant Molecular Biology》：Transcriptomic analysis of fatty acid and cannabinoid synthases in an S1 cannabis progeny segregating for propyl cannabinoid biosynthesis

三碳大麻素生物合成机制研究揭示BKR基因SNP模式与ALT4表达调控作用，发现C3/C5化学变种在营养叶与开花花蕾中的积累差异及基因表达动态变化。

　　

摘要

在C. sativa中，具有5个碳原子酰基尾部的 cannabinoids（大麻酚酸（CBGa）、四氢大麻酚酸（THCa）和大麻二酚酸（CBDa）的生物合成过程已经得到了较为深入的研究，但还存在其他几种具有不同酰基尾部长度的 cannabinoids。本研究旨在进一步探讨含有3个碳原子（C3，即丙基）的 cannabinoids 的生物合成机制。现有理论认为，两种等位基因——一种截短的BETA-KETOACYL-REDUCTASE (BKR)突变体和一种ACYL-LIPID-THIOESTERASE同源物(ALT4)——负责丙基 cannabinoids 的生物合成。本研究评估了在分离出 varin 积累特征的 S1 子代中的多个因素。我们发现，C3 和 C5 显性化学型在总酸性 cannabinoids (TAC) 的积累方面表现出不同的模式，并且高 C3 值个体的 C3:C5 cannabinoids 比例呈现出一种与 ALT4 表达相关的独特模式。在高 C3 组中，我们发现丁酸的比例显著高于高 C5 组。此外，我们还发现 C3:C5 cannabinoids 的比例在营养叶片中比在成熟花朵中要高得多。在 C3 和 C5 组的6周开花过程中，几个对 cannabinoids 生物合成至关重要的基因的表达存在差异，这表明可能存在化学型分化的潜在机制。我们分析了ALT4的表达模式，并证明ALT4的过表达或一种截短的、含有7个外显子的BKR突变体的过表达都不会导致丙基 cannabinoids 比例的增加。最后，我们发现几乎所有 C3 值个体在BKR位点上都具有独特的单核苷酸多态性 (SNP) 特征，而几乎所有 C5 值个体在BKR位点上都没有任何变异。