大麻能产生包括四氢大麻酚（THC）和大麻二酚（CBD）在内的复杂生物活性化合物群，但这些分子的进化过程长期成谜。如今，新研究揭示了其起源故事，并为人类医学应用这些化合物开辟了创新途径。
荷兰瓦赫宁根大学与研究中心（WUR）的研究人员通过实验追溯了大麻合成四氢大麻酚、大麻二酚及另一种主要大麻素大麻色原烯（CBC）的能力演化过程，揭示了该植物的进化机制及其应用潜力。
在现代大麻品种中，这些大麻素的比例差异显著，主要取决于相应合成酶的活性。这些酶是漫长进化过程的特化产物，与数百万年前存在的原始类型相去甚远。
研究团队运用祖先序列重建技术——通过现代基因数据复原古代蛋白质——成功复活了早期大麻祖先的大麻素合成酶。实验室表达结果显示，这些古代酶能产生哪些大麻素及其与现代版本的活性差异。
研究发现，与当今高度特化的单一功能酶不同，古代酶属于通用型，能从共同前体同时合成四氢大麻酚、大麻二酚和大麻色原烯等多种化合物。
"看似进化'未完成'的特性实则极具价值，"主导该研究的WUR研究员Robin van Velzen表示，"这些祖先酶比后代更具鲁棒性和灵活性，为生物技术和药物研发提供了极具吸引力的新起点。"
研究团队特别关注大麻色原烯的发现，该领域对医学具有广泛意义。尽管当前大麻研究多聚焦四氢大麻酚和大麻二酚，大麻色原烯正成为潜力巨大但尚未充分探索的重要大麻素。现代大麻植株通常仅含低于1%的大麻色原烯，导致规模化研究和生产困难。
"目前尚无天然高含量大麻色原烯的大麻植株，"van Velzen指出，"将此酶引入大麻植株有望培育出创新性药用品种。"
初步研究表明，大麻色原烯具有抗炎、抗惊厥和抗菌等特性，但其治疗潜力远未像四氢大麻酚或大麻二酚那样被充分研究。
团队还发现，相较于现代酶，重构的祖先酶在酵母细胞等微生物中更易量产，这意味着可更高效地合成大麻素。该发现使不依赖植物栽培生产稀有大麻素成为可能，对研究和药物开发均具深远影响。
"通过理性设计这些祖先酶，我们构建了杂交酶，锁定了大麻素氧化环化酶功能演化的关键氨基酸突变，"研究团队表示，"祖先酶与杂交酶展现出独特活性，且异源表达难度显著低于现存对应物。本研究深化了对大麻素氧化环化酶起源、演化及分子机制的理解，为育种、生物技术和医药应用开辟了新视野。"
该研究已发表于《植物生物技术杂志》。
消息来源：瓦赫宁根大学与研究中心
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