Epigenetyczny klucz do kannabinoidów w konopiach

Otwarcie chromatyny to forma regulacji epigenetycznej, która wpływa na to, jak łatwo lub trudno określone geny mogą zostać aktywowane. W kontekście konopi może to tłumaczyć, dlaczego niektóre odmiany wytwarzają znacznie większe ilości flawonoidów i kannabinoidów niż inne.

Analiza odmian konopi o różnej gęstości trichomów

Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk Medycznych oraz Uniwersytetu Jiliang skupili się na analizie żeńskich kwiatostanów dwóch odmian konopi przemysłowych. Odmiany te znacząco różniły się gęstością trichomów, czyli wyspecjalizowanych struktur będących miejscem produkcji i magazynowania wielu metabolitów wtórnych.

Zespół badawczy zastosował zintegrowane podejście łączące metabolomikę, transkryptomikę oraz sekwencjonowanie ATAC-seq. Pozwoliło to na jednoczesną ocenę profilu metabolitów, poziomu ekspresji genów oraz dostępności chromatyny. Analiza wykazała wyraźne różnice między badanymi odmianami we wszystkich tych obszarach.

Metabolity, geny i dostępność chromatyny

W trakcie badań zidentyfikowano 491 różnie nagromadzonych metabolitów oraz 8343 różnie ekspresjonowane geny. Dodatkowo 11 376 genów wykazywało związek ze zmianami dostępności chromatyny pomiędzy analizowanymi odmianami.

Autorzy badania opisali te wyniki jako krok w stronę lepszego zrozumienia „epigenetycznej sieci regulacyjnej leżącej u podstaw biosyntezy metabolitów wtórnych”. Jak podkreślono, mechanizmy te w przypadku konopi nadal pozostają słabo poznane.

Flawonoidy jako jeden z najsilniejszych sygnałów

Jednym z najbardziej wyraźnych efektów zaobserwowanych w badaniu były różnice w poziomie flawonoidów. Zwiększona dostępność chromatyny w regionach promotorowych wielu genów odpowiedzialnych za biosyntezę flawonoidów prowadziła do wzrostu ich ekspresji.

Efekt ten był bezpośrednio powiązany z wyższą akumulacją flawonoidów w odmianie charakteryzującej się większą gęstością trichomów. Dane wskazywały między innymi na wyższe stężenia związków takich jak kemferol w tej właśnie odmianie.

Złożone mechanizmy regulujące poziom kannabinoidów

W przypadku kannabinoidów zależności okazały się bardziej złożone. Choć badanie potwierdziło, że dostępność chromatyny w promotorach genów związanych z kannabinoidami może wpływać na ich zawartość, nie była to jedyna ani najważniejsza zmienna.

Autorzy doszli do wniosku, że kluczową rolę odgrywają procesy upstream, a nie bezpośrednia regulacja podstawowej ścieżki biosyntezy kannabinoidów. W szczególności zwrócono uwagę na geny związane z biosyntezą kwasów tłuszczowych oraz z gęstością trichomów, w tym geny odpowiedzialne za inicjację trichomów, sygnalizację metylowego jasmonianu (MeJA) oraz tożsamość organów kwiatowych.

Model „otwarcie chromatyny – transkrypcja – metabolizm”

Upraszczając wyniki badań, naukowcy sugerują, że odmiany o wyższej zawartości kannabinoidów mogą korzystać z bardziej wydajnego „łańcucha dostaw”. Obejmuje on zwiększoną produkcję prekursorów, większą liczbę trichomów zdolnych do syntezy i magazynowania metabolitów oraz zmiany epigenetyczne ułatwiające aktywację tych procesów.

Badanie przedstawia ten mechanizm jako model „otwarcie chromatyny – transkrypcja – metabolizm”, który pomaga wyjaśnić, w jaki sposób kształtuje się profil biochemiczny konopi przemysłowych.

Znaczenie wyników dla hodowli konopi

Autorzy publikacji podkreślają, że uzyskane dane mogą mieć praktyczne znaczenie dla hodowców. Wyniki badań mogą posłużyć do opracowania „wydajnych i precyzyjnych markerów molekularnych”, wspierających selekcję oraz rozwój nowych odmian konopi o dostosowanych profilach flawonoidów i kannabinoidów.

Przeczytaj na Soft Secrets także o:

Fermentowane soki jako naturalne wsparcie wzrostu roślin

Mikroskopijna rewolucja: poznaj azotobakter i jego wpływ na uprawy

Mikroorganizmy. Niewidzialna siła, która napędza uprawy