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Science

Researchers finally discover the genes that produce THC and CBD

Animal and plant DNA shares the shape of the double helix.
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While the genome of the cannabis plant was sequenced in 2011, the researchers struggled to isolate the genes responsible for producing the two most important chemicals in the plant.

Until now. A joint Canada-US effort has helpedidentifier the genes that produce THC (the component that causes hovering) and CBD (the compound best known for its medical applications).

Les humains consomment du cannabis depuis des millénaires, mais les scientifiques sont encore largement dans l’ignorance de la naissance des composés chimiques de la plante (cannabinoïdes) qui affectent les humains… Toutefois une découverte révélée par la première carte du génome du cannabis, détaillant ainsi la disposition des gènes sur les chromosomes, nous révèle que d’anciens virus antiques auraient colonisé le génome de la plante et accéléré le processus évolutif de son ADN pour nous offrir le THC and CBD

The main obstacle to discovering these genes was the abundance of what researchers call "junk DNA," a genetic information that was dumped into the genome of cannabis by viruses during the years of its evolution. In fact, between 70 and 75 percent of marijuana and hemp DNA comes from these retroviral sources, says Tim Hughes, a molecular geneticist at the Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research at the University of Toronto.

For example retroviruses: like HIV, are able to insert their DNA into the genomes of other species, says Hughes.

"Humans, plants, and virtually all organisms have something like that - about half of the human genome goes back to viral sources.

According to researchersThis discovery will greatly facilitate the manipulation of medicinal THC and CBD levels contained in the plant to meet the varied preferences of patients in the newly legalized Canadian market.

"You can only handle a gene when you know where it is"

said Harm van Bakel, one of the collaborators of the study, who is also an expert in genomics at the Icahn School of Medicine in Mount Sinai, New York.

"And you also need to know about the rest of the genome sequencing so you can uniquely target the gene of interest and not be distracted by ... other things that look like it," Bakel said. The Toronto Star.

But not only did this mass of viral DNA prevent researchers from seeing the THC and CBD genes, but it probably also contributed to their development. Hughes says that the cellular mechanisms that would normally maintain the genetic order may be thwarted by the long and repeated sequences of the surrounding viral DNA. And instead of keeping the genes in their original form, the faulty mechanisms would have reorganized their sequencing to produce the current genetic patterns. Exposing cellular mechanisms to viral DNA can cause errors that lead to genetic changes in plants such as cannabis.

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According to Tim Hughes, these "mistakes" have "almost certainly" favored the development of the THC and CBD genes of the plant.

The study, of which a preliminary version was published online this month by the journal Genome Research, has also shown that THC and CBD are produced by distinct genes.
The existence of another active gene that produces a product known as cannabichromone, or CBCcan have both medicinal and slightly intoxicating effects in humans.

Another reason that genes had escaped scientists was the illegal status of the plant. Ironically, although we understand quite well how THC and CBD affect humans, we do not know how the genes that produce them are for the plant itself.

The discovery of the genes will make it much easier to grow cannabis with specific levels of the two primary compounds. It also allows researchers to determine which genes are responsible taste and smell which characterize the different strains. Yet, even though the genome with 10 chromosomes has been sequenced in 2011, the location of these key genes has remained hidden in an ocean of viral DNA until today ...

La carte chromosomique du cannabis

“La carte chromosomique est une importante ressource fondamentale pour la poursuite de la recherche qui, malgré l’usage répandu du cannabis, a pris du retard par rapport à d’autres cultures en raison de la législation restrictive”, déclare Tim Hughes, professeur au Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research et co-fondateur de l’étude.

Selon Hughes, ces virus auraient pu accélérer un processus d’évolution qui a abouti à la mutation d’un gène enzymatique unique dans le cannabis en deux gènes, ce qui nous aurait éventuellement donné THC et CBD.

“Les protéines [pour le THC et le CBD] sont intégrées dans cet énorme désordre de séquences semblables à des virus. Ces séquences sont connues pour faciliter le réarrangement du chromosome, et elles sont en fait un peu dangereuses.”

Les virus anciens ont contribué à l’évolution du chanvre

Les enzymes fabriquant le THC et le CBD sont codées par les gènes THCA et CBDA Acide cannabidiolique de synthèse, respectivement. Les deux se trouvent sur le chromosome 6 des dix chromosomes dans lesquels le génome du cannabis est conditionné. Là, les gènes de lXCHARXenzyme sont entourés de vastes pans dXCHARXADN brouillé provenant de virus qui ont colonisé le génome il y a des millions dXCHARXannées. Cet ADN viral, ou rétro-éléments comme on lXCHARXappelle, a fait des copies de lui-même qui se sont propagées à travers le génome en sautant dans dXCHARXautres sites de lXCHARXADN de la cellule hôte.

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Les séquences génétiques des synthases THCA et CBDA sont presque identiques, ce qui confirme l’idée qu’elles proviennent du même gène qui a été dupliqué il y a des millions d’années. Au fil du temps, une ou les deux copies du gène se sont brouillées en envahissant des rétroéléments et, en évoluant séparément, elles ont fini par produire deux enzymes différentes : la CBDA synthase présente dans le chanvre (type fibre) et la THCA synthase dans le type drogue (marijuana).

Il est difficile de dire à quoi ressemblait le cannabis avant que les virus antiques l’aident à développer les propriétés que nous connaissons aujourd’hui. Mais selon Hughes, certains de ses plus proches parents sont des plantes inoffensives comme le mûrier et le houblon…

Les chercheurs s’attendent à ce que la carte accélère les efforts de sélection pour créer de nouvelles souches ayant les propriétés médicales souhaitées ainsi que des variétés qui peuvent être cultivées de manière plus durable ou avec une résistance accrue aux maladies et aux parasites.

Comme les enzymes sont si semblables au niveau de l’ADN, il n’était même pas clair jusqu’à cette étude si elles sont codées par des gènes distincts ou par deux versions du même gène. Le fait que la plupart des souches produisent à la fois du CBD et du THC malgré les efforts des sélectionneurs pour cultiver des variétés de chanvre exemptes de THC psychotrope pour les utilisateurs qui cherchent à l’éviter a ajouté à la confusion.

La carte chromosomique montre maintenant clairement que deux gènes distincts sont en jeu, ce qui devrait permettre de les séparer lors de la sélection pour cultiver des plantes sans THC.

A quoi ça sert finalement?

De telles cartes sont essentielles pour améliorer notre compréhension appauvrie de la plante de cannabis. La carte de Hughes et de ses collègues rapporte déjà des dividendes au-delà de la découverte du rôle possible des virus dans la production de THC et de CBD. Selon les chercheurs, ils ont également identifié un gène responsable de la production d’un troisième cannabinoïde appelé CBC.

Et il reste encore beaucoup à apprendre sur une plante que beaucoup de gens consomment régulièrement, mais la science n’a pas encore bien compris.

Selon Hughes, “C’est par hasard que le THC et le CBD ont des effets sur les gens, en supposant que ces composés se sont développés bien avant que les humains ne marchent sur la Terre…



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Tags : DNAGeneticStrain

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