大麻（Cannabis sativa L.）能够合成大麻素、萜类和黄酮类等多种特色次生代谢产物，这些化合物与其药用价值、香气特征、化学型形成及环境适应密切相关。然而，大麻基因组高度杂合，传统参考基因组难以区分同源染色体之间的遗传差异，导致许多等位基因特异性调控机制长期被掩盖。野生大麻资源是否蕴含尚未被充分解析的单倍型差异？这些差异又如何影响关键代谢通路？
2026年第7期，Horticulture Research上线了（Advance Access）福建农林大学刘圆圆团队题为 Haplotype-Resolved Regulation of Secondary Metabolism in Cannabis 的研究论文。研究团队以西藏林芝野生二倍体大麻资源CSLZ为材料，整合PacBio、Illumina和Hi-C等测序数据，构建了高质量、染色体水平、完全分型的单倍型基因组（图1）。两个单倍型HapA和HapB均锚定到10条染色体上，组装连续性和完整性达到较高水平，为解析大麻复杂次生代谢的等位基因调控提供了重要基因组基础。
通过比较基因组学和转录组学分析，发现大麻中特色代谢相关基因家族发生扩张，尤其富集于萜类、三萜、苯丙烷和防御相关代谢通路，提示野生资源CSLZ具有较强的代谢潜力和环境适应能力。进一步分析表明，结构变异和转座子插入广泛塑造了两个单倍型之间的基因结构和表达差异，并显著影响叶片角质层形成、雌花发育、腺毛形成以及大麻素、萜类和黄酮类化合物的生物合成。图2 单倍型特异性结构变异驱动萜烯生物合成中的等位基因分歧本研究鉴定到多个具有代表性的单倍型特异性调控事件。例如，OSC基因家族在HapA中发生拷贝数扩增，并促进β-amyrin相关三萜合成（图2）；黄酮3-O-糖基转移酶等位基因因启动子顺式元件丢失而沉默；大麻素前体合成酶OLS则可能因内含子中连续转座子插入而几乎不表达。这些结果表明，同源染色体并非简单冗余，而是在关键代谢通路中表现出明显的功能分化。综上，本研究构建了野生大麻CSLZ的高质量单倍型基因组，系统揭示了结构变异、转座子插入、启动子顺式元件变化和等位基因差异表达共同驱动大麻次生代谢多样性的分子机制。该研究为解析大麻药用活性成分形成机制、挖掘优异单倍型资源以及开展基因组辅助育种和代谢工程改良提供了重要理论基础和基因组资源。福建农林大学在读博士生蔡森和已毕业硕士生张志远为论文共同第一作者，刘圆圆教授为通讯作者。研究工作还得到了福建农林大学李亚星博士、尤士骏教授，云南大学汤开磊教授和以色列Volcani Institute的Nirit Bernstein教授的大力支持。该项研究得到国家自然科学基金（32561143033, 32470281）和福建省杰出青年科学基金（2025J010027）的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1093/hr/uhag159
