[发明专利]用于提高大麻中毛状体的形成和密度的系统和方法

说明书

本发明包括用于提高在诸如大麻和麻类植物等产生大麻素的植物中毛状体的形成和/或密度的系统、方法和组成。本发明的其他方面还包括用于提高在大麻中大麻素和萜烯的生物合成和储存能力的系统、方法和组成。本发明的技术克服了大麻素生产系统的限制，同时满足了真正有效的高水平大麻素生产和积累系统的目标。

本申请要求了2019年7月18日提交的美国专利申请16/515,377，和2019年1月24日提交的国际申请PCT/US2019/015039的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

序列表

本申请包含序列表，该序列表已经以ASCII格式电子提交，并且其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明的技术涉及基因修饰植物领域。特别地，本发明的技术包括生产稳定转化的大麻素的植物，诸如大麻。在某些优选的实施方式中，本发明的技术包括提高大麻和/或麻类植物中毛状体的形成和密度的新系统和方法。

背景技术

大麻素是由大麻合成的一类特殊化合物。它们通过萜烯和苯酚前体缩合形成。如图1所示，它们包括这些更丰富的形式：Δ-9-四氢大麻酚(THC)、大麻二酚(CBD)、大麻色烯(CBC)和大麻萜酚(CBG)。另一种大麻素，大麻酚(CBN)由THC作为降解产物形成，并且可以在一些植物菌株中检测到。

通常，THC、CBD、CBC和CBG在不同植物菌株中以不同比例一起出现。这些大麻素通常是亲脂性的、不含氮的，主要是酚类化合物，并且由单萜和苯酚生物遗传得到，酸性大麻素来自单萜和酚羧酸，并且具有C21碱。大麻素也在植物产品中发现它们相应的羧酸。通常，羧酸具有生物合成前体的功能。例如，这些化合物在体内由THC羧酸通过使四氢大麻酚Δ9-和Δ8-THC和CBD从相关的大麻二酚脱羧而产生。

根据它们是否含有羧基，大麻素分为中性大麻素和大麻素酸两种类型。众所周知，在新鲜植物中，中性大麻素的浓度远低于大麻素酸的浓度。因此，如图2一般所示，可以通过非酶促脱羧从其酸性前体化合物四氢大麻酚酸(THCA)和大麻二酚酸(CBDA)中人工合成THC和CBD。

如下所述，生成能够生产和/或积累高水平大麻素的大麻(Cannabis)植物的努力引起了许多技术问题。其中最主要的是大麻素合成产生有毒副产品。显而易见地，CBDA和THCA合成酶都需要分子氧与FAD分子一起氧化大麻萜酚酸(CBGA)。具体地，如图3所示，底物中的两个电子被酶结合的FAD接受，然后转移到分子氧中，以使FAD重新氧化。CBDA和THCA由离子中间体通过酶的立体选择环化合成。同样如图3所示，氢化物离子从还原的黄素转移到分子氧，导致形成过氧化氢(H₂O₂)并重新活化黄素用于下一循环。结果，除了分别产生CBDA和THCA之外，该反应产生对宿主细胞天然有毒的过氧化氢。由于这种有毒的过氧化氢副产物的产生，大麻素合成产生了自限制的反馈回路，阻止了体内系统中大麻素的高水平生产和/或积累。