Peta Genetik Lengkap atau Pangenome Cannabis Mendedahkan Potensi Untuk Kegunaan Perubatan Dan Industri

Peta Genetik Cannabis: Potensi Perubatan dan Industri

Cannabis telah menjadi tanaman penting di seluruh dunia selama beribu tahun. Walaupun kini lebih dikenali sebagai marijuana kerana kandungan cannabinoid psikoaktifnya, THC (tetrahydrocannabinol), sejarah menunjukkan bahawa cannabis telah menjadi asas tamadun manusia. Ia telah menyediakan minyak biji, tekstil, dan makanan selama lebih daripada 10,000 tahun. Pada masa kini, cannabis masih kurang dikaji dan kurang dimanfaatkan. Namun, undang-undang yang diluluskan di Amerika Syarikat pada tahun 2014 dan 2018 telah memberi nafas baru kepada pembangunan tanaman cannabis untuk kegunaan perubatan, bijirin, dan serat.

Para penyelidik dari Salk Institute telah berjaya mencipta atlas genetik cannabis yang paling komprehensif, berkualiti tinggi, dan terperinci setakat ini. Pasukan ini telah menganalisis 193 genom cannabis yang berbeza (keseluruhan set maklumat genetik), yang mendedahkan kepelbagaian, kompleksiti, dan peluang yang belum diterokai dalam spesies pertanian asas ini. Pencapaian bersejarah ini adalah hasil kerjasama bertahun-tahun dengan Oregon CBD, Oregon State University, dan HudsonAlpha Institute of Biotechnology.

Penemuan, diterbitkan dalam Nature pada 28 Mei 2025, membuka jalan untuk kemajuan transformasi dalam pertanian, perubatan, dan industri berasaskan cannabis.

Cannabis adalah salah satu tumbuhan paling luar biasa di dunia. Walaupun ia telah memainkan peranan penting secara global sebagai sumber ubat, makanan, minyak biji, dan serat selama sekurang-kurangnya 10,000 tahun, ia masih kekal sebagai salah satu tanaman utama yang paling kurang dibangunkan pada zaman moden. Ini sebahagian besarnya disebabkan oleh sekatan undang-undang selama satu abad," kata Todd Michael, penulis utama kajian dan profesor penyelidikan di Salk.

Pasukan kami telah berjaya membina peta genetik yang paling lengkap, atau dikenali sebagai pangenome, bagi tumbuhan ini setakat ini. Kami melakukannya dengan menganalisis hampir 200 genom cannabis yang pelbagai. Ini menunjukkan bahawa kita baru sahaja mula melihat potensi penuh tumbuhan yang menakjubkan ini.

Sekatan undang-undang yang sama telah mencetuskan revolusi pembiakan secara rahsia, yang mendedahkan kuasa cannabis sebagai kilang kimia. Dengan pelan genomik baharu ini, kita kini boleh menggunakan teknik pembiakan moden untuk membuka potensi sebatian dan ciri-ciri baru dalam bidang pertanian, perubatan, dan bioteknologi.

Latar Belakang: Cannabis sebagai Kuasa Kimia

Cannabis sativa, yang juga dikenali sebagai hemp, adalah tumbuhan berbunga yang berasal dari Asia. Tumbuhan ini mempunyai banyak ciri unik yang menjadikannya tanaman penting sepanjang sejarah manusia. Salah satu keistimewaannya adalah kemampuannya menghasilkan serat yang kuat untuk tekstil. Selain itu, ia juga terkenal dengan khasiat perubatannya kerana merupakan antara tumbuhan yang mampu menghasilkan kuantiti tinggi cannabinoid. Pada masa kini, para inovator mencadangkan bahawa minyak cannabis berpotensi menyaingi minyak canola atau soya dengan pembiakan yang tepat. Malah, derivatif cannabis boleh digunakan sebagai alternatif mampan kepada bahan api jet.

Cannabis adalah satu kuasa kimia yang menakjubkan. Tumbuhan ini mampu menghasilkan lebih daripada 30% berat keringnya dalam bentuk terpenes dan cannabinoids. Bahan kimia kecil ini dihasilkan oleh tumbuhan untuk melindungi diri daripada pemangsa, tetapi manusia pula memanfaatkannya untuk mengubah mood. Terpenes memberikan aroma yang memikat dan menarik kita kepada buah-buahan dan bunga-bungaan. Manakala, cannabinoids berinteraksi dengan tubuh manusia untuk menawarkan pelbagai sifat terapeutik yang bermanfaat.

Satu cannabinoid yang tidak bersifat psikedelik, iaitu cannabidiol (CBD), telah mengubah pandangan umum terhadap cannabis apabila strain "Charlotte's Web" digunakan untuk merawat sawan epilepsi. CBD, bersama tetrahydrocannabinol (THC) dan lebih daripada 100 cannabinoid lain yang masih kurang dikaji, telah digunakan untuk merawat pelbagai jenis penyakit. Antaranya termasuklah kesakitan, arthritis, loya, asma, kemurungan, dan anxiety.

Penting untuk kita fahami bahawa kesan pembiakan selektif terhadap kepelbagaian genom cannabis masih menjadi satu misteri yang belum terungkai. Menyelesaikan misteri ini bukanlah tugas yang mudah kerana cannabis mempunyai genom yang sangat kompleks.

Pertama sekali, cannabis adalah antara kurang daripada 5% tumbuhan yang mempunyai jantina betina dan jantan yang berbeza pada tumbuhan yang berasingan. Menarik, bukan? Kedua, genom cannabis mengandungi banyak elemen transposabel. Elemen-elemen ini adalah bahagian DNA yang berulang dan boleh "melompat" di sekitar genom, menjadikannya sukar untuk dijejaki.

Penemuan Utama: Corak Genetik Baru yang Pelbagai dan Mengejutkan

Para saintis kini menggunakan teknologi yang dikenali sebagai penjujukan untuk mengenal pasti corak asid nukleik. Asid nukleik ini bersambung merentasi heliks ganda dua DNA untuk membentuk pasangan bes yang terdapat di sepanjang untaian DNA. Kaedah penjujukan bacaan pendek tradisional biasanya memotong DNA kepada bahagian kecil untuk dikaji satu persatu, hanya beberapa ratus pasangan bes pada satu masa. Namun, teknik penjujukan bacaan panjang yang lebih baru mampu menangkap ribuan pasangan bes sekaligus.

"Ada batasan dalam penemuan yang boleh anda capai dengan teknologi penjujukan bacaan pendek. Ini kerana potongan genetik pendek tersebut sukar untuk disatukan dengan cara yang bermakna, terutamanya apabila kita melihat kawasan kompleks dalam genom, lebih-lebih lagi pada urutan DNA yang berulang," kata Lillian Padgitt-Cobb, penulis bersama dan penyelidik pasca doktoral di makmal Michael.

Kami adalah antara yang pertama memanfaatkan teknologi bacaan panjang ini secara meluas dalam konteks pangenom. Dengan pendekatan ini, kami dapat menggali pelbagai maklumat berharga mengenai variasi struktur dan susunan gen. Penemuan ini sangat berguna dalam membuat keputusan akhir tentang bagaimana kita boleh membiak ciri-ciri yang diingini ke dalam tumbuhan cannabis.

Kajian ini bukanlah yang pertama menggunakan teknik penjujukan bacaan panjang. Malah, Michael sendiri adalah penyelidik pertama yang berjaya menghasilkan genom pada tahap kromosom bagi cannabis menggunakan teknik ini pada tahun 2018. Penemuan ini mendedahkan struktur genetik yang kompleks di mana cannabinoid disintesis, serta menjelaskan sejarah pembiakan di sebalik Charlotte's Web yang anti-epileptik.

Apa yang membezakan kajian baru ini adalah tahap kelengkapannya. Ia mengandungi jumlah genom paling banyak setakat ini dan merupakan yang pertama memasukkan kromosom seks. Selain itu, ia juga yang pertama menawarkan resolusi haplotip. Kajian ini benar-benar membuka jalan baru dalam bidang ini!

Cannabis Adalah Tumbuhan Diploid. Apa Maksudnya?

Sama seperti manusia, cannabis mempunyai dua set kromosom. Satu set diwarisi daripada tumbuhan jantan dan satu lagi daripada tumbuhan betina.

Walaupun kebanyakan genom yang diterbitkan setakat ini hanya berjaya menyahkod satu kromosom sahaja, yang dikenali sebagai resolusi Haplotype atau Haplotype Resolution bermaksud: sejauh mana saintis boleh membezakan dan memetakan dua set kromosom itu (satu set daripada ibu, satu daripada bapa). Pasukan penyelidik ini berjaya menyelesaikan kedua-dua set kromosom cannabis. Dengan meneliti kedua-dua set kromosom ini, para penyelidik telah mendedahkan variasi genetik yang luar biasa, mungkin sehingga 20 kali ganda lebih banyak berbanding manusia.

"Dengan penyelesaian Haplotype ini," jelas Padgitt-Cobb, "kita dapat melihat apa yang diwarisi daripada salah satu tumbuhan induk sahaja dan mula memahami proses pembiakan serta latar belakang tumbuhan tersebut."

Kajian oleh pasukan ini telah mengumpulkan genom daripada 144 tumbuhan cannabis yang berbeza dari seluruh dunia, menghasilkan sejumlah 193 genom. Menariknya, 181 daripada genom ini belum pernah direkodkan sebelum ini. Jumlah genom ini melebihi jumlah tumbuhan kerana resolusi Haplotype, di mana setiap tumbuhan yang mempunyai kedua-dua set kromosom yang dikaji menghasilkan dua himpunan genom. Secara keseluruhannya, pelbagai genom ini membentuk pangenom, yang dianalisis untuk memahami sepenuhnya kepelbagaian genetik dalam spesies cannabis.

Kualiti tinggi genom yang dikumpul telah membolehkan para penyelidik menyelesaikan corak genetik yang sebelum ini tidak dapat dilihat. Ini termasuklah struktur gen yang menyumbang kepada sintesis cannabinoid. Dengan memasukkan kromosom seks, mereka juga buat pertama kalinya dapat melihat kromosom Y dalam cannabis.

Kepelbagaian Gen dan Cannabis Lebih Berdaya Tahan

Penemuan pertama mereka adalah terdapat kepelbagaian yang tidak dijangka dalam spesies ini. Dalam kajian pangenom, didapati bahawa 23% gen terdapat dalam setiap genom. Sementara itu, 55% gen hampir universal, ditemui dalam 95% hingga 99% genom. Sebanyak 21% gen berada di antara 5% hingga 94% genom, dan kurang daripada 1% gen adalah benar-benar unik. Menariknya, beberapa gen yang paling universal adalah yang menghasilkan cannabinoid.

Walaupun gen cannabinoid adalah konsisten merentasi genom, gen yang berkaitan dengan metabolisme asid lemak, pertumbuhan, dan pertahanan tidak menunjukkan keseragaman. Gen-gen yang berubah-ubah ini sebenarnya adalah sumber pembiakan yang belum diterokai sepenuhnya. Dengan memilih dan membiak secara selektif, kita boleh menjadikan tanaman cannabis lebih tahan lasak di ladang. Selain itu, kita juga berpotensi meningkatkan kandungan nutrisi minyak hemp, menjadikannya pesaing hebat di kalangan minyak bijian yang sedia ada.

Menariknya, pasukan penyelidik mendapati bahawa variasi struktur dalam laluan biosintetik asid lemak menyumbang kepada penghasilan tetrahydrocannabivarin (THCV). THCV adalah sejenis varin cannabinoid yang jarang ditemui, tetapi kini semakin mendapat perhatian kerana kesannya yang tidak bersifat psikoaktif dan mampu memberikan tenaga.

Apabila para penyelidik meneliti gen cannabinoid dalam pangenom dengan lebih mendalam, mereka mendapati bahawa dua gen, THCAS dan CBDAS, berkemungkinan besar berada di bawah tekanan pemilihan yang kuat akibat pembiakan yang diarahkan oleh manusia untuk kandungan THC dan CBD. Apa yang menarik, mereka menemui bahawa gen cannabinoid ini terletak dalam elemen yang boleh berpindah. Pembiakan secara selektif untuk gen-gen dalam elemen "melompat" ini telah menghasilkan kepelbagaian yang luar biasa di kalangan tumbuhan cannabis.

Melangkah ke Hadapan : Mengoptimumkan Tumbuhan untuk Kesihatan dan Industri

Para penyelidik telah mengenal pasti sasaran menarik untuk mengoptimumkan pertanian. Dengan meneliti perbezaan antara genom Eropah dan Asia, mereka membuat kesimpulan bahawa kemungkinan terdapat saudara purba kepada cannabis di suatu tempat di Asia yang menanti untuk ditemui. Saudara liar ini mungkin mempunyai penyesuaian genetik baharu yang berkaitan dengan sejarah persekitarannya yang unik. Ini menjadikannya sumber maklumat yang berharga untuk pembiakan tanaman cannabis yang lebih tahan lasak.

Akhirnya, penemuan baru mengenai kromosom seks mendedahkan bahawa terdapat gen yang hanya terdapat dalam tumbuhan "bapa" yang boleh digunakan untuk menghasilkan anak benih yang lebih berkualiti. Dalam pembiakan marijuana moden, teknik "feminization" digunakan. Di sini, petani menggalakkan tumbuhan betina untuk menghasilkan bunga jantan di mana ia sepenuhnya mengelakkan kromosom Y.

Penemuan baru ini menunjukkan bahawa program pembiakan mungkin terlepas kepelbagaian genetik dan potensi ciri berharga yang terkandung dalam genom jantan yang diabaikan. Dengan memasukkan tumbuhan jantan sebenar ke dalam strategi pembiakan, kita boleh membuka potensi genetik yang selama ini tidak disedari dan memperluas peluang untuk penambahbaikan tanaman.

"Sepanjang 10 tahun yang lalu, para pembiak telah berjaya meningkatkan hasil dan menjadikan cannabis sebagai tanaman yang menguntungkan secara ekonomi," kata Ryan Lynch, penulis bersama dan penyelidik pasca doktoral di makmal Michael.

"Sebaik sahaja terdapat minat pasaran di situ, ditambah pula dengan penemuan baharu mengenai genom cannabis yang boleh membimbing usaha pembiakan, saya dapat melihat bagaimana hemp dan minyak hemp akan berkembang pesat dalam aplikasi kesihatan manusia dan industri."

Dalam jangka masa pendek, pasukan ini berharap agar pangenome atau Peta Genetik Lengkap Cannabis menjadi sumber dinamik yang berguna untuk penyelidik di seluruh dunia. Mereka boleh membina dan menggunakan maklumat ini untuk merangka strategi penanaman yang lebih baik. Dengan cara ini, kita dapat merealisasikan potensi besar cannabis yang belum diterokai sepenuhnya. Cannabis bukan sahaja berharga sebagai tanaman serba guna, tetapi juga ditanam untuk serat, minyak biji, dan perubatan.