Cannabis enthält Dutzende von Verbindungen, die als Cannabinoide bekannt sind. Diese werden von Trichomen produziert, kleinen stacheligen Ausstülpungen auf der Oberfläche von Cannabisblüten. Abgesehen von dieser Tatsache wissen Wissenschaftler nur sehr wenig darüber, wie die Biosynthese von Cannabinoiden gesteuert wird.
Yi Ma, wissenschaftliche Assistenzprofessorin, und Gerry Berkowitz, Professor am College of Agriculture, Health and Natural Resources der University of Connecticut (UConn), USA, haben Mittel aus der Nationalen Forschungsinitiative des US-Landwirtschaftsministeriums erhalten, um die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen hinter der Entwicklung des Trichroms und der Cannabinoidsynthese zu ergründen.
Berkowitz und Ma haben, zusammen mit den ehemaligen Doktoranden Samuel Haiden und Peter Apicella, Transkriptionsfaktoren entdeckt, die für die Trichom-Initiation und die Cannabinoid-Biosynthese verantwortlich sind. Transkriptionsfaktoren sind Moleküle, die bestimmen, ob ein Stück der DNA eines Organismus in RNA umgeschrieben und damit exprimiert wird.
In diesem Fall bewirken die Transkriptionsfaktoren, dass sich die Epidermiszellen der Blüten in Trichome verwandeln. Die Entdeckung des Teams wurde in einem Artikel in der Zeitschrift Plants veröffentlicht. Ähnliche Forschungsarbeiten zu Trichomen wurden auch in Plant Direct veröffentlicht. Aufgrund der potenziellen wirtschaftlichen Bedeutung des Gens hat die UConn eine vorläufige Patentanmeldung für die Technologie eingereicht.
Mit diesem neuen Zuschuss werden die Forscher weiter ergründen, wie diese Transkriptionsfaktoren bei der Trichomentwicklung während der Blütenreifung eine Rolle spielen.
Forschungsziel und -methode
Berkowitz und Ma werden die relevanten Promotoren, der Teil der DNA, an den Transkriptionsfaktoren binden, klonen. Anschließend werden sie die Promotoren zusammen mit einer Kopie des Gens, das Glühwürmchen zum Leuchten bringt (Glühwürmchen-Luciferase), in die Zellen einer Modellpflanze einbauen. Die Luciferase ist mit dem Cannabis-Promotor fusioniert, so dass der Luciferase-Reporter Licht erzeugt, wenn der Promotor durch ein Signal aktiviert wird.
Die Forscher werden die klonierten Promotoren und die Luciferase in ein Plasmid laden. Plasmide sind ringförmige DNA-Moleküle, die sich unabhängig von den Chromosomen replizieren können. Dadurch können die Wissenschaftler die gewünschten Gene exprimieren, obwohl sie nicht Teil der genomischen DNA der Pflanze sind. Sie bringen diese Plasmide in die Pflanzenblätter oder Protoplasten, Pflanzenzellen ohne Zellwand, ein.
Wenn der Promotor, der die Luciferase -Expression steuert, mit den Transkriptionsfaktoren in Berührung kommt, die für die Trichom-Entwicklung verantwortlich sind, oder durch andere Signale wie Pflanzenhormone ausgelöst wird, erzeugt der Luciferase-„Reporter“ Licht. Ma und Berkowitz werden ein Luminometer verwenden, das misst, wie viel Licht von der Probe ausgeht. Dies wird den Forschern Aufschluss darüber geben, ob die von ihnen untersuchten Promotorbereiche von Transkriptionsfaktoren kontrolliert werden, die für die Entwicklung von Trichomen oder die Modulation von Genen verantwortlich sind, die für Enzyme der Cannabinoid-Biosynthese kodieren. Sie können außerdem herausfinden, ob die Promotoren auf hormonelle Signale reagieren. DOI 10.3390/plants11111519
Quelle: University of Connecticut
Bild: Ryan Lange