Ген фотопериода каннабиса

Окультуривание растений включает отбор особей с “предпочтительными” признаками. Для конопли ключевым считается время цветения, которое позволяет выращивать культуру в более широком диапазоне условий, особенно в высоких широтах, где погода и продолжительность дня сильно колеблются в зависимости от времени года. Несмотря на то, что  сорта конопли культивируются с древних времен, у них сохранилось время цветения «дикого типа», так как это механизм, обеспечивает наиболее успешный обмен пыльцой и производство большого количества жизнеспособных семян.

Самые "продвинутые" сорта конопли начинают цветение, когда количество получаемого света уменьшается примерно с 18 часов (длинные дни) до примерно 12 часов (короткие дни). Этот процесс называют “запускающим”, а сорта, которые реагируют на это изменение продолжительности светового дня, называются чувствительными к фотопериоду.

Такие сорта плохо приспособлены для выращивания на открытом воздухе в северных широтах: сокращение продолжительности дня, необходимого для цветения, происходит в середине – конце июля (в Канаде – середине августа), а сбор урожая приходится на конец сентября - октябрь, когда риск заморозков и повреждения растений патогенами значительно возрастает.

Зато этот тип цветения хорошо работает в помещениях и теплицах, где производители могут контролировать продолжительность дня. Важно отметить, что благодаря регулированию длины дня, чувствительная к фотопериоду конопля длительно остается вегетативной, что позволяет производителям поддерживать материнские растения для получения клонов.

Однако, хотя выращивание клонированных растений в помещении либо теплице позволяет производить продукцию круглый год, такое производство  из-за использования искусственного освещения, систем охлаждения и обогрева для поддержания оптимальной температуры выращивания очень энергоемко. При этом углеродный след, а также затраты на энергию представляют собой серьезную проблему для отрасли каннабиса. 

Исследователи из команды Aurora под руководством доктора Хосе Селедон обнаружили изменение последовательности гена (всего одного нуклеотида), которое  объясняет, почему у некоторых растений каннабиса иное время цветения. Используя исследования общегеномных ассоциаций и передовые подходы молекулярной биологии, команда Aurora выявила естественную мутацию в PRR37 - гене семейства регуляторов псевдоответа, который играет центральную роль в циркадных часах растения. 

Мутация PRR37 нарушает стандартную обработку молекул РНК-мессенджера и серьезно ограничивает выработку функционального белка PRR37. Как и в случае с любыми часами, неисправный механизм нарушает правильное хронометражирование, и в результате растения каннабиса зацветают раньше обычного. Направленное изменение такого гена позволяет внести в генетику соответствующие коррективы и получить автоцветущуие растения. Автоцветущий каннабис независимо от продолжительности светового дня начинает цвести через 4-6 недель после посева. То есть,  цветение и последующий сбор урожая в конце лета происходят в наиболее благоприятных условиях выращивания. При этом производители, выбирая наиболее подходящее время посева семян, могут контролировать время цветения. Таким образом, коноплю и каннабис можно выращивать на открытом воздухе в гораздо более широком диапазоне широт и с меньшим воздействием на окружающую среду.

Однако автоцветущие сорта, как правило, имеют значительно более низкое качество цветов, урожайность и концентрацию каннабиноидов по сравнению с фотопериодическими сортами. Поэтому для выведения новых сортов конопли, сочетающих автоцветущую особенность с высококачественным цветком, необходимо точное знание генетических механизмов, объясняющих автоцветущий фенотип.

По материалам статьи "Loss of daylength sensitivity by splice site mutation in Cannabis".

Keegan M.Leckie, JasonSawler, PaulKapos, John O.Mackenzie, IngridGiles, KatherineBaynes, JessicaLo, Jose MCeledon, Gregory J.Baute

doi:https://doi.org/10.1101/2023.03.10.532103