Prima di esplorare in dettaglio la struttura genetica della marijuana e della canapa, evidenziando le differenze e le somiglianze nel loro DNA, ci tengo a precisare che preferisco chiamare le tre conosciute sottospecie Sativa, Indica e Ruderalis col nome generico di cannabis.
Il nome marijuana venne popolarizzato negli Stati Uniti all’inizio del XX secolo, in un contesto di crescente xenofobia e razzismo. La parola stessa è di origine messicana, derivata dallo spagnolo “marihuana” o “mariguana”, e venne utilizzata per associare la pianta alle comunità messicane e afroamericane, che erano spesso percepite negativamente dalla popolazione bianca statunitense. Questa associazione con le minoranze etniche fu sfruttata politicamente per alimentare paure e pregiudizi, facilitando l’approvazione di leggi che ne criminalizzavano l’uso. La marijuana è diventata così sinonimo di droga pericolosa e illegale, associata a comportamenti criminali e devianza sociale, mentre la “canapa” ha mantenuto un’immagine di pianta industriale utile e rispettabile.
In sintesi, la distinzione tra marijuana e canapa è il risultato di una combinazione di fattori storici, culturali e politici, con una forte componente di pregiudizio etnico e sociale che ha influenzato la percezione pubblica e la legislazione per decenni.
Scientificamente la marijuana e la canapa sono due piante che derivano dalla stessa specie, Cannabis Sativa, ma che hanno acquisito fama e utilizzi molto differenti nel corso del tempo.
Mentre la marijuana è nota principalmente per il suo uso ricreativo e medico grazie al suo alto contenuto di tetraidrocannabinolo (THC), la canapa è apprezzata per i suoi numerosi usi industriali e nutrizionali, con un basso contenuto di THC e un alto contenuto di cannabidiolo (CBD).
Nonostante queste differenze funzionali, è cruciale comprendere che entrambe le piante condividono una struttura genetica di base, ma presentano variazioni specifiche che determinano le loro caratteristiche uniche.
Prima di entrare nei dettagli genetici è utile delineare le differenze principali tra marijuana e canapa in termini di morfologia e utilizzo:
Marijuana: tipicamente coltivata per i suoi fiori ricchi di THC, il principale composto psicoattivo che induce effetti psicoattivi. Le piante di marijuana sono generalmente più cespugliose e presentano una fitta rete di fiori resinosi. L’uso principale della marijuana è a scopo ricreativo e terapeutico, con numerose applicazioni nella gestione del dolore, nell’ansia e in altri disturbi.
Canapa: è coltivata principalmente per scopi industriali e nutrizionali. Le piante di canapa tendono ad essere più alte e sottili, con meno fiori e una produzione di fibra robusta. La canapa viene utilizzata in una vasta gamma di prodotti tra cui tessuti, cosmetici, bioplastiche, materiali da costruzione, alimenti ricchi di proteine e oli ricchi di CBD, che non ha effetti psicoattivi nonostante possieda proprietà terapeutiche significative.
SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA
Il sequenziamento del genoma è un processo di determinazione dell’ordine delle basi nucleotidiche (adenina, timina, citosina e guanina) in un DNA, e nelle varietà di cannabis ha rivelato importanti informazioni sulle differenze genetiche tra marijuana e canapa.
Gene THCAS: uno dei geni più studiati è il THCAS (tetraidrocannabinolo sintasi) che codifica per l’enzima responsabile della produzione di THC. Nella marijuana questo gene è altamente espresso, portando a una produzione significativa di THC.
Al contrario, nella canapa, il gene THCAS è presente ma inattivo o minimamente espresso, risultando in una produzione di THC inferiore allo 0.9% e nella media dello 0. 3%.
Gene CBDAS: il CBDAS (cannabidiolo sintasi) è responsabile della produzione di CBD. Nella canapa questo gene è altamente espresso, permettendo un’elevata produzione di CBD. Anche nella marijuana il gene CBDAS è presente, ma la sua espressione è generalmente inferiore rispetto a quella della canapa.
MARKER GENETICI
I marker genetici come gli SNPs (single nucleotide polymorphisms) sono variazioni in una singola base del DNA, che possono essere utilizzate per identificare differenze genetiche tra individui o varietà di una specie. Gli SNPs sono estremamente utili per la distinzione tra marijuana e canapa, poiché possono indicare specifiche mutazioni o varianti che influenzano la produzione di cannabinoidi.
Studi recenti hanno identificato numerosi SNPs nei genomi di diverse varietà di cannabis. Questi SNPs sono associati a differenze nella biosintesi dei cannabinoidi, permettendo di distinguere geneticamente la marijuana dalla canapa. Questi marker genetici sono fondamentali non solo per la ricerca scientifica, ma anche per la selezione delle piante in agricoltura e per la regolamentazione del mercato della cannabis.
PERCENTUALE DI CANNABINOIDI
La percentuale di cannabinoidi è una delle principali differenze tra marijuana e canapa. I principali cannabinoidi sono il THC e il CBD, ma esistono anche altri composti come il cannabinolo (CBN) e il cannabigerolo (CBG) che giocano ruoli diversi nelle proprietà della pianta.
THC: la marijuana è caratterizzata da un alto contenuto di THC, che può arrivare fino ed oltre al 30% nei fiori secchi. Questo composto è responsabile degli effetti psicoattivi della marijuana.
CBD: la canapa è invece caratterizzata da un alto contenuto di CBD, che può superare il 10% nei fiori secchi, con un contenuto di THC inferiore allo 0.3%. Il CBD è noto per le sue proprietà terapeutiche, senza effetti psicoattivi.
GENI COINVOLTI NELLA BIOSINTESI DEI CANNABINOIDI
La biosintesi dei cannabinoidi è un processo complesso che coinvolge diversi geni e percorsi biochimici. Nella cannabis i principali cannabinoidi come THC e CBD sono prodotti attraverso una serie di reazioni enzimatiche, ciascuna catalizzata da specifici enzimi codificati da geni dedicati. Tra questi, i geni più rilevanti sono THCAS (tetraidrocannabinolo sintasi) e CBDAS (cannabidiolo sintasi).
Il gene THCAS codifica per l’enzima tetraidrocannabinolo sintasi, che converte l’acido cannabigerolico (CBGA) in acido tetraidrocannabinolico (THCA), il precursore del THC. Questo gene è cruciale per la produzione di THC nelle piante di marijuana.
Struttura e sequenza: il THCAS è localizzato in una regione specifica del genoma della marijuana e presenta una sequenza altamente conservata tra le diverse varietà di marijuana, ma con variazioni significative rispetto alle varietà di canapa. Studi genomici hanno identificato polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs) e inserzioni/delezioni (indels) che influenzano l’attività del gene.
Espressione genica: l’espressione del THCAS è regolata a livello trascrizionale e post-trascrizionale, con un’elevata attività nelle infiorescenze femminili della marijuana durante la fase di fioritura. La regolazione epigenetica attraverso modificazioni come la metilazione del DNA, può influenzare ulteriormente l’espressione del gene.
Il gene CBDAS codifica per l’enzima cannabidiolo sintasi, che converte il CBGA in acido cannabidiolico (CBDA), il precursore del CBD. Questo gene è fondamentale per la produzione di CBD nelle piante di canapa.
Struttura e Sequenza: analogamente al THCAS, il CBDAS presenta una sequenza conservata nelle varietà di canapa, con variazioni rispetto alle varietà di marijuana. L’identificazione di SNPs specifici può aiutare a distinguere le piante ricche di CBD da quelle ricche di THC.
Espressione Genica: l’espressione del CBDAS è elevata nelle infiorescenze della canapa durante la fase di fioritura. Studi di espressione genica hanno mostrato che la regolazione di questo gene è influenzata da fattori ambientali come la luce e la temperatura, così come da regolatori epigenetici.
Oltre al THCAS e al CBDAS, esistono altri geni coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi e nella modulazione del contenuto chimico della pianta.
Tra questi, i più significativi includono:
– Gene CBGA Synthase (CBGAS): codifica per l’enzima che produce l’acido cannabigerolico (CBGA), il precursore comune di THC e CBD.
– Gene Cannabinoid Receptor 1 (CNR1): coinvolto nella regolazione della risposta fisiologica ai cannabinoidi endogeni.
– Gene Cannabinoid Receptor 2 (CNR2): espressione predominante nel sistema immunitario e modulazione degli effetti anti-infiammatori dei cannabinoidi.
REGOLAZIONE DELLA BIOSINTESI DEI CANNABINOIDI
La biosintesi dei cannabinoidi è regolata da una complessa rete di fattori genetici, epigenetici e ambientali. La regolazione genica coinvolge sia elementi promotori che repressori che influenzano l’attività dei geni chiave come THCAS e CBDAS.
Fattori Genetici
– Elementi Regolatori Cis: sequenze di DNA situate vicino ai geni di interesse, come promotori e enhancers, che regolano l’inizio della trascrizione. Questi elementi possono legarsi a fattori di trascrizione specifici che aumentano o diminuiscono l’espressione genica.
– Elementi Regolatori Trans: fattori di trascrizione che si legano agli elementi regolatori cis per modulare l’espressione genica. Esempi di questi fattori includono proteine che attivano o reprimono l’espressione di THCAS e CBDAS.
Fattori Epigenetici
– Metilazione del DNA: l’aggiunta di gruppi metilici al DNA può silenziare l’espressione di specifici geni. Studi hanno dimostrato che la metilazione può influenzare l’espressione dei geni THCAS e CBDAS, alterando la produzione di THC e CBD.
– Modificazioni degli Istoni: le modificazioni chimiche degli istoni, come l’acetilazione e la metilazione, possono influenzare la struttura della cromatina e l’accessibilità del DNA per la trascrizione. Queste modificazioni possono regolare l’espressione genica in risposta a cambiamenti ambientali.
Fattori Ambientali
– Luce: la qualità e la quantità di luce influenzano significativamente la biosintesi dei cannabinoidi. Ad esempio la luce ultravioletta (UV) può aumentare la produzione di THC nelle piante di marijuana.
– Temperatura: le variazioni di temperatura possono influenzare l’espressione genica e la biosintesi dei cannabinoidi. Temperature estreme possono stressare le piante, alterando la produzione di cannabinoidi.
– Nutrienti: la disponibilità di nutrienti nel suolo può influenzare la crescita delle piante e la produzione di cannabinoidi. Elementi come l’azoto, il fosforo e il potassio sono cruciali per la biosintesi dei cannabinoidi.
TECNICHE DI MANIPOLAZIONE GENETICA
La manipolazione genetica delle piante di cannabis è un campo in rapido sviluppo, con l’obiettivo di migliorare la produzione di cannabinoidi e adattare le piante a specifiche esigenze industriali o terapeutiche.
CRISPR/Cas9
La tecnologia CRISPR/Cas9 permette di modificare specifiche sequenze di DNA con grande precisione. Questa tecnica può essere utilizzata per:
– Knockout di geni: disattivare i geni responsabili della produzione di THC nelle piante di canapa, aumentando il contenuto di CBD.
– Editing di geni: modificare specifici SNPs per migliorare l’attività enzimatica del CBDAS, aumentando la produzione di CBD.
– Inserimento di geni: introdurre nuovi geni che possono migliorare la resistenza delle piante a stress ambientali o patogeni.
RNA Interference (RNAi)
La RNA interference è una tecnica che utilizza piccoli RNA per silenziare l’espressione di specifici geni. Questa tecnica può essere utilizzata per:
– Silenziare il gene THCAS: ridurre la produzione di THC nelle piante di canapa.
– Regolare l’espressione di CBDAS: modulare l’espressione del gene per ottimizzare la produzione di CBD in diverse condizioni ambientali.
APPLICAZIONI BIOTECNOLOGICHE
Le tecniche di manipolazione genetica e biotecnologia possono avere numerose applicazioni pratiche, tra cui:
– Sviluppo di varietà personalizzate: creare quindi, varietà di cannabis con specifici profili cannabinoidi e terpenici per scopi terapeutici o ricreativi.
– Aumento della resilienza: migliorare la resistenza delle piante a stress ambientali attraverso l’ingegneria genetica.
– Ottimizzazione della produzione: utilizzare piante geneticamente modificate per massimizzare la produzione di composti desiderati, riducendo i costi e aumentando l’efficienza.
L’analisi dei geni coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi e la comprensione della regolazione genetica e ambientale di questi processi sono fondamentali per l’innovazione nella coltivazione della cannabis.
Le tecniche di manipolazione genetica offrono promettenti opportunità per migliorare la produzione di cannabinoidi e adattare le piante alle esigenze industriali e terapeutiche.
A cura di Groow
FONTI
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