La coltivazione della cannabis sativa comporta una serie di pratiche agricole che influenzano significativamente la qualità e la quantità dei cannabinoidi prodotti. Le tecniche di coltivazione, la selezione delle varietà e le condizioni ambientali non solo impattano direttamente la crescita delle piante, ma possono anche provocare cambiamenti a livello genetico e epigenetico.
SELEZIONE DELLE VARIETÀ
La scelta della varietà di cannabis da coltivare è uno dei primi e più cruciali passi nella produzione. Le diverse varietà di cannabis sono state selezionate nel corso degli anni per caratteristiche specifiche, quali il contenuto di THC o CBD, la resistenza a malattie e parassiti, e l’adattabilità a diverse condizioni climatiche.
Selezione classica: attraverso la selezione classica, gli agricoltori hanno tradizionalmente incrociato piante con caratteristiche desiderate per sviluppare nuove varietà. Questo processo ha portato a una grande diversità genetica all’interno delle specie di cannabis.
Selezione assistita da marker (MAS): con l’avvento della biotecnologia, la selezione assistita da marker (MAS) è diventata una tecnica preziosa per identificare e selezionare piante con geni specifici che conferiscono tratti desiderati, come la produzione elevata di CBD nella canapa o un profilo terpenico unico nella marijuana.
CONDIZIONI AMBIENTALI
Le condizioni ambientali comprese luce, temperatura, umidità e nutrienti, giocano un ruolo cruciale nel determinare l’espressione genica e, di conseguenza, la produzione di cannabinoidi. Questi fattori possono influenzare sia la quantità che la qualità dei cannabinoidi prodotti dalle piante di cannabis.
Luce
– Qualità della luce: la luce ultravioletta (UV), in particolare UV-B, è nota per aumentare la produzione di THC nelle piante di marijuana. La qualità della luce può anche influenzare l’espressione di altri geni coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi e dei terpeni.
– Fotoperiodo: la durata della luce giornaliera (fotoperiodo) può influenzare il ciclo di crescita della cannabis. Le piante di marijuana fioriscono generalmente con periodi di luce più brevi (fotoperiodismo breve giorno), mentre la canapa può avere requisiti diversi a seconda della varietà.
Temperatura
– Effetti della temperatura: temperature estreme, sia alte che basse, possono stressare le piante di cannabis, influenzando negativamente la loro crescita e la produzione di cannabinoidi. Tuttavia, stress termici controllati possono a volte aumentare la produzione di specifici composti come i terpeni.
– Variazioni giorno/notte: le variazioni di temperatura tra giorno e notte possono anch’esse influenzare la produzione di cannabinoidi. Un’escursione termica moderata può favorire una maggiore espressione dei geni responsabili della biosintesi dei cannabinoidi.
Nutrienti
– Disponibilità dei nutrienti: la qualità e la quantità di nutrienti disponibili nel suolo o nei substrati di coltivazione idroponica sono essenziali per la crescita delle piante di cannabis e la produzione di cannabinoidi. Elementi come l’azoto (N), il fosforo (P) e il potassio (K) sono fondamentali per il metabolismo delle piante.
– Fertilizzanti e aggiunte: l’uso di fertilizzanti specifici e di additivi come i bio-stimolanti può influenzare la salute delle piante e la loro capacità di produrre alti livelli di cannabinoidi.
È importante bilanciare i nutrienti per evitare carenze o eccessi che potrebbero danneggiare le piante.
TECNICHE DI COLTIVAZIONE
Diverse tecniche di coltivazione possono influenzare la produzione e la qualità dei cannabinoidi. La scelta del metodo di coltivazione dipende da vari fattori, tra cui le condizioni climatiche, le risorse disponibili e gli obiettivi di produzione.
– Indoor: offre un maggiore controllo sulle condizioni ambientali, come luce, temperatura e umidità. Questo metodo permette di ottimizzare l’espressione genica e la produzione di cannabinoidi, ma comporta costi energetici elevati.
– Outdoor: sfrutta le risorse naturali come il sole e la pioggia, riducendo i costi energetici. Tuttavia, è più vulnerabile ai cambiamenti climatici, ai parassiti e alle malattie, che possono influenzare negativamente la produzione di cannabinoidi.
– Idroponica: è una tecnica che utilizza soluzioni nutritive senza suolo per far crescere le piante di cannabis. Questo metodo offre diversi vantaggi: controllo dei nutrienti, riduzione dei parassiti, efficienza dell’acqua.
EFFETTI DELLE PRATICHE AGRICOLE SULLA GENETICA
Le pratiche agricole non solo influenzano l’espressione genica ma possono anche provocare cambiamenti epigenetici che alterano la struttura del DNA senza modificare la sequenza nucleotidica. Questi cambiamenti possono essere ereditati e influenzare le generazioni future di piante di cannabis.
Epigenetica
– Metilazione del DNA: può silenziare o attivare l’espressione di specifici geni in risposta a cambiamenti ambientali. Ad esempio, lo stress idrico o la disponibilità di nutrienti possono indurre cambiamenti epigenetici che influenzano la produzione di cannabinoidi.
– Modificazioni degli istoni: le modificazioni 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 essere indotte da pratiche agricole specifiche e influenzare l’espressione genica a lungo termine.
I cambiamenti epigenetici indotti dalle pratiche agricole possono essere trasmessi alle generazioni successive attraverso meccanismi di ereditarietà epigenetica.
Questo significa che le piante coltivate in condizioni specifiche possono “ricordare” tali condizioni e trasmettere questi adattamenti ai loro discendenti.
La selezione di piante con adattamenti epigenetici favorevoli può accelerare il processo di addomesticamento e miglioramento genetico, permettendo lo sviluppo di varietà più resilienti e produttive.
La ricerca sugli effetti epigenetici delle pratiche agricole può fornire nuove informazioni sulla regolazione genica e sulle strategie di miglioramento delle colture, riducendo l’impatto ambientale.
Le pratiche agricole hanno un impatto significativo sulla genetica e sull’espressione genica della Cannabis Sativa, influenzando direttamente la produzione di cannabinoidi e la qualità complessiva delle colture. La combinazione di tecniche di coltivazione avanzate e la comprensione delle interazioni genetiche e epigenetiche offre nuove opportunità per migliorare la produzione e sviluppare varietà di cannabis più efficienti e sostenibili.
STUDI ACCADEMICI SULLA VARIABILITÀ GENETICA DELLA CANNABIS
La variabilità genetica all’interno delle popolazioni di Cannabis Sativa è un campo di ricerca in rapida espansione, che ha implicazioni significative per la coltivazione, l’industria e la medicina. Gli studi accademici hanno analizzato le differenze genetiche tra diverse varietà di marijuana e canapa per comprendere meglio come la genetica influenzi la biosintesi dei cannabinoidi e la resistenza delle piante a vari stress ambientali. Per fare questi studi accademici si utilizzano una serie di metodologie avanzate che permettono di analizzare e confrontare le sequenze genomiche. Tra le tecniche principali si includono:
– Sequenziamento del genoma completo: consente di ottenere una mappa dettagliata delle sequenze di DNA all’interno di una pianta, identificando variazioni nucleotidiche specifiche che distinguono diverse varietà.
– RNA Sequencing (RNA-Seq): analizza l’espressione genica misurando i livelli di RNA messaggero (mRNA) in diverse condizioni di crescita, permettendo di identificare quali geni sono attivi durante la biosintesi dei cannabinoidi.
– Polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs): identificazione e analisi di SNPs, che sono variazioni di un singolo nucleotide nel genoma, per comprendere la diversità genetica tra le popolazioni di cannabis.
– Analisi dell’espressione epigenetica: studia le modificazioni epigenetiche, come la metilazione del DNA e le modificazioni degli istoni, per capire come questi cambiamenti influenzano l’espressione genica e la produzione di cannabinoidi.
STUDI SULLA MARIJUANA
Gli studi sulla variabilità genetica della marijuana si concentrano principalmente sulle varietà ad alto contenuto di THC e sul loro utilizzo terapeutico e ricreativo. Alcuni dei principali risultati includono:
– Diversità genetica: le analisi genomiche hanno rivelato una grande diversità genetica tra le diverse varietà di marijuana, con variazioni significative nei geni coinvolti nella biosintesi del THC. Questo suggerisce che la selezione e l’ibridazione hanno giocato un ruolo cruciale nel modellare la genetica delle piante di marijuana attuali.
– Genetica della biosintesi del THC: studi su varietà ad alto contenuto di THC hanno identificato mutazioni specifiche nel gene THCAS che aumentano l’efficienza della sintesi di THC. Questi studi hanno anche rivelato l’esistenza di varianti alleliche che influenzano la quantità di THC prodotto.
La variabilità genetica all’interno delle popolazioni di marijuana permette alle piante di adattarsi a diverse condizioni ambientali, migliorando la resistenza a stress come la siccità e le malattie. Le varietà coltivate in diverse regioni geografiche mostrano adattamenti genetici unici che ottimizzano la produzione di cannabinoidi in quelle specifiche condizioni.
STUDI SULLA CANAPA
La ricerca sulla canapa si focalizza principalmente sulle varietà a basso contenuto di THC e alto contenuto di CBD, utilizzate per scopi industriali e terapeutici. I risultati chiave includono:
– Genetica del CBD: studi genomici hanno identificato varianti genetiche specifiche nel gene CBDAS che determinano l’efficienza della sintesi di CBD. Questi studi hanno permesso di sviluppare varietà di canapa con un contenuto di CBD ottimizzato per l’uso medico.
– Resistenza a stress ambientali: le varietà di canapa mostrano una notevole resistenza a condizioni ambientali avverse, grazie alla loro diversità genetica. Questo rende la canapa una coltura versatile e resiliente, adatta a diverse condizioni climatiche.
– Implicazioni industriali: la diversità genetica della canapa permette di sviluppare varietà specializzate per usi industriali, come la produzione di fibre, semi e olio. Le analisi genomiche hanno identificato marcatori genetici che possono essere utilizzati per selezionare piante con caratteristiche desiderate per specifiche applicazioni industriali.
Gli studi genomici sulla cannabis sativa hanno portato a scoperte importanti che hanno approfondito la nostra comprensione della genetica della marijuana e della canapa. Alcuni dei risultati chiave includono:
- Mappa del genoma della cannabis: fornisce una base solida per identificare e analizzare i geni coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi e nella regolazione delle risposte agli stress ambientali.
- Sequenziamento completo del genoma: ha rivelato una complessa architettura genetica con numerosi geni e varianti alleliche che influenzano la produzione di cannabinoidi e la resistenza delle piante.
- Identificazione di geni chiave: la mappa del genoma ha permesso l’identificazione di geni chiave coinvolti nella biosintesi di THC, CBD e altri cannabinoidi, aprendo la strada a ulteriori ricerche e miglioramenti delle colture.
STUDI DI ESPRESSIONE GENICA
Gli studi di espressione genica utilizzano tecniche come RNA-Seq per analizzare i livelli di espressione dei geni coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi. Questi studi hanno rivelato dettagli importanti su come i geni vengono regolati e attivati durante diverse fasi di crescita e in risposta a vari stimoli ambientali.
– Profili di espressione genica: l’analisi dei profili di espressione genica ha mostrato che i geni THCAS e CBDAS sono altamente espressi nelle infiorescenze delle piante di marijuana e canapa rispettivamente, indicando che la biosintesi dei cannabinoidi è strettamente regolata a livello trascrizionale.
– Regolazione ambientale: gli studi hanno anche dimostrato che fattori ambientali come la luce, la temperatura e i nutrienti possono influenzare l’espressione genica, modulando la produzione di cannabinoidi.
VARIABILITÀ GENETICA TRA LE POPOLAZIONI
La variabilità genetica tra diverse popolazioni di cannabis è stata studiata utilizzando tecniche di genotipizzazione e analisi delle variazioni genomiche. Questi studi hanno rivelato che esiste una significativa diversità genetica sia tra le varietà di marijuana che tra quelle di canapa.
– Differenziazione genetica: le analisi genomiche hanno evidenziato che le varietà di marijuana e canapa sono geneticamente differenziate, con variazioni significative nei geni coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi. Questo conferma che la selezione e l’ibridazione hanno portato allo sviluppo di piante con profili cannabinoidi specifici.
– Adattamenti regionali: le popolazioni di cannabis coltivate in diverse regioni geografiche mostrano adattamenti genetici unici, suggerendo che la selezione naturale e le pratiche agricole hanno influenzato la diversità genetica delle piante.
SVILUPPO DI VARIETÀ MIGLIORATE
– Selezione genomica: l’uso di marcatori genetici identificati attraverso studi genomici può accelerare il processo di selezione delle piante, permettendo lo sviluppo di varietà con alti livelli di cannabinoidi desiderati e resistenza a stress ambientali.
– Editing genetico: tecniche come CRISPR/Cas9 possono essere utilizzate per modificare specifici geni coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi, migliorando l’efficienza della produzione di THC e CBD e sviluppando varietà con profili chimici personalizzati.
AVANZAMENTI TECNOLOGICI
– Nuove tecnologie di sequenziamento: l’avanzamento delle tecnologie di sequenziamento del DNA, come il sequenziamento di nuova generazione (NGS), permetterà di ottenere mappe genomiche ancora più dettagliate delle varietà di cannabis, identificando varianti genetiche rare e complesse.
– CRISPR/Cas9 e modificazione genetica: l’uso di CRISPR/Cas9 per modificare specifici geni nella cannabis potrebbe rivoluzionare il miglioramento delle colture, consentendo di sviluppare varietà con profili cannabinoidi personalizzati e aumentare la resistenza alle malattie.
APPLICAZIONI MEDICHE E TERAPEUTICHE
– Personalizzazione dei cannabinoidi: la comprensione dettagliata della genetica della biosintesi dei cannabinoidi potrebbe portare allo sviluppo di terapie personalizzate basate su varietà di cannabis con profili chimici specifici per trattare condizioni mediche individuali.
– Esplorazione di nuovi composti: la scoperta di nuovi cannabinoidi minori e terpeni potrebbe ampliare le opzioni terapeutiche disponibili, migliorando l’efficacia dei trattamenti a base di cannabis per una gamma più ampia di malattie.
La ricerca sulla genetica della cannabis sta rivoluzionando la nostra comprensione della biologia delle piante e sta aprendo nuove strade per l’innovazione nell’industria della cannabis. Attraverso studi genomici dettagliati, siamo in grado di identificare i geni chiave coinvolti nella biosintesi dei cannabinoidi, comprendere come le pratiche agricole influenzino la genetica delle piante e sviluppare varietà di cannabis con caratteristiche ottimizzate per usi industriali, terapeutici e ricreativi.
L’integrazione di tecnologie avanzate e approcci multidisciplinari continuerà a guidare il progresso nel campo, promuovendo una coltivazione più sostenibile, produttiva e sicura della cannabis per il futuro.
L’adozione di tecniche di coltivazione avanzate, informate dalla comprensione della genetica della cannabis, può migliorare l’efficienza delle risorse e ridurre l’impatto ambientale della coltivazione.
A cura di Groow
FONTI
- Marks, M. D., Tian, L., Wenger, J. P., Omburo, S. N., Soto-Fuentes, W., He, J., …& Gang, D. R. (2009). Identification of candidate genes affecting Δ9-tetrahydrocannabinol biosynthesis in Cannabis sativa. *Journal of Experimental Botany*, 60(14), 3715-3726.
- Van Bakel, H., Stout, J. M., Cote, A. G., Tallon, C. M., Sharpe, A. G., Hughes, T. R., & Page, J. E. (2011). The draft genome and transcriptome of Cannabis sativa. *Genome Biology*, 12(10), R102.
- Weiblen, G. D., Wenger, J. P., Craft, K. J., ElSohly, M. A., Mehmedic, Z., & Treiber, E. L. (2015). Gene duplication and divergence affecting drug content in Cannabis sativa. *New Phytologist*, 208(4), 1241-1250.
- Grassa, C. J., Wenger, J. P., Dabney, C., Poplawski, S. G., Motley, S. T., Michael, T. P., & Schwartz, C. J. (2018). A new Cannabis genome assembly associates elevated cannabidiol (CBD) with hemp introgressed into marijuana. *Genome Biology*, 19(1), 1-13.
