使用 MADC2 和 SCAR 标记的多重高分辨率熔解分析用于大麻（Cannabis sativa L.）栽培的性别鉴定

为何植物性别对种植者很重要

大麻因其药用和娱乐用途而闻名，但每次收成背后都有一个基本的生物学问题：哪些植株是雄性的，哪些是雌性的？雌株会产生富含树脂的花朵，广泛用于药物、油品和各种商用产品，而雄株主要提供花粉和纤维。若能在幼苗阶段就区分两者（当时它们外观几乎相同），便可为种植者节省数周的猜测时间、减少浪费并提高收益。本研究提出了一种快速的基于 DNA 的方法，可在植物仍为幼苗时识别其性别，甚至在大量被认为是雌株的样本中检测出少量隐藏的雄株。

从外观相似的幼苗到 DNA 线索

在田间，雄株和雌株在开花前可能几乎无法区分，而开花可能需要数月。在此期间，农户投入水、养分、空间和劳力，却不知道哪些植物最终会产生所需的花朵或纤维。传统的鉴别方法依赖细微的可见特征和经验，易出错。为了解决这一问题，研究者转向了植物 DNA 中的微小差异。通过称为 DNA 指纹分析的技术，他们在大麻基因组中搜索主要出现在雄株或在雌雄间行为略有不同的片段。

寻找可靠的 DNA 指示标

研究团队首先使用一种称为 SRAP 的方法扫描基因组的多个区域，挑选出在雄株与雌株间存在差异的 DNA 片段。基于这些片段，他们设计了一套更简单、在实验室中更易检测的 DNA 标记，称为 SCAR 标记。他们将这些标记与先前已知的与雄性相关的 MADC 标记结合起来。总共他们在几种流行大麻品系的数十株植物中检验了十二个候选标记，并将基于 DNA 的结果与这些植物后续开花揭示的实际性别进行比较。若干标记被证明不可靠，但有少数标记表现突出，尤其是一个雄性特异性标记 MADC2 和一个更普遍的标记 Cs_197，该标记在两性中均存在但在行为上略有差异。

一种在同一管中完成的 DNA 熔解测试

为将这些标记转化为实用工具，研究者使用了高分辨率熔解分析——一种缓慢加热双链 DNA 并监测其分离行为的技术。每段 DNA 都有其独特的“熔解”特征，即使很小的序列差异也会改变熔解曲线的形状。通过在单一反应中将 MADC2 和 Cs_197 组合（他们称之为多重高分辨率熔解，简称 mHRM），他们创建了一种测试：雄性样本会产生两个明显不同的熔解信号，而雌性则仅显示一个。该模式在 53 株已知性别的植物和多种大麻品系中高度一致，与传统的形态性别鉴定匹配度约为 98%。当将该法应用于 92 株性别未知的极幼苗时，mHRM 的结果后来与这些植物的开花性状完全一致。

在大批量样品中发现隐藏的雄株

大型大麻农场常购买外观被标注为“雌性”的种子，但少数杂入的雄株仍可能混入。为降低检测成本，种植者可能希望对混合样本进行分组检测，而不是逐株检测。研究者评估了他们的 mHRM 方法在混杂少量雄性 DNA 于大量雌性 DNA 时的检测能力。通过以不同比例配制混样，他们证明复合测试在大约一雄对九雌的情况下仍能揭示雄性污染。这意味着农场可以将幼苗按组检测，标记含有雄株的批次，然后再逐步缩小范围找出并移除个别雄株，从而节省时间和资金。

对种植者和研究人员的意义

简言之，本研究提供了一种快速、准确且相对低成本的 DNA 测试，能够在开花前很久就告诉大麻种植者某株植物是雄性还是雌性。这种方法在单一管中并借助常规实验设备读取两段关键 DNA 区域的“熔解行为”来分类每株植物，甚至能在大量雌株中检测出少量雄株。对产业而言，这可转化为更高效的空间利用、更好的花朵品质控制以及降低意外授粉的风险。对研究者和培育者而言，同样的方法为研究植物性别、改良新品种以及将大麻栽培更好地匹配药用、纤维或种子生产需求提供了有力工具。

引用: Siengthong, M., Kamol, P., Yodkham, A. et al. Multiplex high resolution melting using MADC2 and SCAR markers for sex identification of Cannabis sativa L. cultivation. Sci Rep 16, 13753 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46461-6

关键词: 大麻 性别鉴定, DNA 熔解分析, 植物育种工具, 分子农业, 工业大麻 种植