Des chercheurs découvrent enfin les gènes qui produisent le THC et le CBD

Alors que le génome de la plante de cannabis a été séquencé en 2011, les chercheurs ont lutté pour isoler les gènes responsables de la production des deux produits chimiques les plus importants de la plante.

Jusqu’à maintenant. Un effort conjoint canado-américain a permis d’identifier les gènes qui produisent le THC (le composant qui fait planer) et le CBD (le composé le plus connu pour ses applications médicales).

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 et le CBD…

Le principal obstacle à la découverte de ces gènes était l’abondance de ce que les chercheurs appellent ” l’ADN poubelle “, une information génétique qui a été déversée dans le génome du cannabis par des virus au cours des années de son évolution. En fait, entre 70 et 75 pour cent de l’ADN de la marijuana et du chanvre provient de ces sources rétrovirales, explique Tim Hughes, généticien moléculaire au Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research de l’Université de Toronto.

Par exemples les rétrovirus : comme le VIH , sont capables d’insérer leur ADN dans les génomes d’autres espèces, dit Hughes.

“Les humains, les plantes et pratiquement tous les organismes ont quelque chose comme ça environ la moitié du génome humain remonte à des sources virales.

Selon les chercheurs, cette découverte facilitera grandement la manipulation des niveaux de THC et de CBD médicinal contenus dans la plante pour répondre aux préférences variées des patients sur le marché canadien nouvellement légalisé.

“On ne peut manipuler un gène que lorsqu’on sait où il se trouve “

a déclaré Harm van Bakel, l’un des collaborateurs de l’étude, qui est également un expert en génomique à l’Icahn School of Medicine de Mount Sinai à New York.

“Et vous devez aussi savoir sur le reste du séquençage du génome afin de pouvoir cibler de façon unique le gène d’intérêt et de ne pas vous laisser distraire par… d’autres choses qui y ressemblent “, a déclaré Bakel à The Toronto Star.

Mais non seulement cette masse d’ADN viral a empêché les chercheurs de voir les gènes THC et CBD, mais elle a probablement aussi contribué à leur développement. Hughes dit que les mécanismes cellulaires qui maintiendraient normalement l’ordre génétique peuvent être contrecarrés par les séquences longues et répétées de l’ADN viral environnant. Et au lieu de maintenir les gènes dans leur forme originale, les mécanismes défectueux auraient réorganisé leur séquençage pour produire les configurations génétiques actuelles. Exposer les mécanismes cellulaires à l’ADN viral peut causer des erreurs qui entraînent des changements génétiques chez des plantes comme le cannabis.

Selon Tim Hughes, ces ” erreurs ” ont ” presque certainement ” favorisé le développement des gènes THC et CBD de la plante.

L’étude, dont une version préliminaire a été publiée en ligne ce mois-ci par la revue Genome Research, a également montré que le THC et la CBD sont produits par des gènes distincts.
L’existence d’un autre gène actif qui produit un produit connu sous le nom de cannabichromone, ou CBC, peut avoir des effets à la fois médicinaux et légèrement enivrant chez l’homme.

Une autre raison pour laquelle les gènes avaient échappé aux scientifiques était le statut illégal de la plante. Ironiquement, bien que l’on comprenne assez bien comment le THC et le CBD affectent les humains, on ne sait pas comment les gènes qui les produisent font pour la plante elle-même.

La découverte des gènes rendra beaucoup plus facile la culture de cannabis avec des niveaux spécifiques des deux composés primaires. Il permet également aux chercheurs de déterminer quels gènes sont responsables du goût et de l’odeur qui caractérisent les différentes souches. Pourtant, même si le génome à 10 chromosomes a été séquencé en 2011, l’emplacement de ces gènes clés est resté caché dans un océan d’ADN viral jusqu’à aujourd’hui …

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 l’enzyme sont entourés de vastes pans d’ADN brouillé provenant de virus qui ont colonisé le génome il y a des millions d’années. Cet ADN viral, ou rétro-éléments comme on l’appelle, a fait des copies de lui-même qui se sont propagées à travers le génome en sautant dans d’autres sites de l’ADN de la cellule hôte.

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.