大麻THC合成关键酶基因的分子遗传和分子标记研究

大麻，经济价值巨大，其利用可涉及纺织、造纸、建材、食品、医药等多个行业，但其植株花叶中含有令人致幻成瘾的毒性物质- - 四氢大麻酚（THC），严重制约了我国工业大麻产业的发展，而研究THC形成的分子遗传机制、获得相关分子标记将为解决THC问题提供重要基础。本项目拟选取一批不同化学型（THC含量特征不同）的大麻，克隆THC生物合成途径中几个关键酶基因，通过序列对比来分析THC形成的分子遗传基础，开发出基于关键酶基因本身的DNA标记；构建适当的F2代分离群体，从性状分离（表现型）和关键酶基因（基因型）两方面来阐明THC或CBD的分子遗传规律，同时利用AFLP等分子标记技术，获得和THC或CBD紧密连锁的分子标记，并进行验证。研究成果可为高效、经济选育低THC大麻育种材料、大麻低毒基因工程育种等方面提供科学依据和技术支持。

大麻植株中含有令人致幻成瘾的毒性物质——四氢大麻酚（THC），严重制约了我国工业大麻产业的发展，研究THC形成的分子遗传机制对大麻遗传改良具有重要意义。本研究从我国大麻种质资源中THC等大麻素含量特征、关键酶基因多态性、连锁分子标记、关键基因表达等四个方面开展THC合成关键酶基因的分子遗传和分子标记研究，获得的主要结果和结论如下：.1、克隆了我国大麻资源中THCAS和CBDAS两个关键酶基因，THCAS存在10个变异位点，CBDAS存在4个变异位点，并基于两个基因多态性开发出一个大麻素化学型紧密连锁的实用化共显性PCR分子标记，可准确鉴定出我国大麻种质资源中三种化学型。2、明确了THC等大麻素遗传分离规律及遗传位点组成。通过对高毒、低毒正反杂交F1代及F2代遗传分离群体的分析得出，大麻素化学型为共显性遗传位点控制的质量性状，大麻素总含量（THC、CBD含量之和）为典型的数量性状，且大麻素含量遗传存在母本效应；我国毒品型大麻的基因型为BT/BT，纤维型为BD/BD，中间型为BT/BD，且BT、BD位点分别为THCAS和CBDAS基因。3、采用SSR、ISSR、RAPD三种分子标记对F2代分离群体开展了分离群体混合分析（BSA），共找到大麻毒品型连锁（即THC连锁）标记4个和大麻纤维型连锁（即CBD连锁）标记1个。4、采用荧光定量PCR方法，获得了THC合成途径中18个关键基因的时空表达模式，揭示了关键基因表达差异对THC积累的影响，并推测CMK、MDS、HDS是大麻素合成途径过程中的限速酶。5、评价了40份不同来源地大麻种质资源的农艺性状和大麻素含量特征，获得大麻素含量>8%的特异资源3份，并创制了3份近交系。研究结果可为大麻素遗传机理深入研究奠定理论基础，为加快工业大麻育种进程提供技术支持。