Dirigido por investigadores del Salk Institute, en colaboración con Oregon CBD, Oregon State University y el HudsonAlpha Institute of Biotechnology, el equipo ha elaborado el genoma del cannabis más completo hasta la fecha. Constituido a partir de 193 genomas diferentes de cannabis, este mapa genético revela una asombrosa diversidad y sienta las bases para acelerar la selección en medicina, agricultura e industria.
«El cannabis es una de las plantas más extraordinarias de la Tierra», afirmó Todd Michael, autor principal del estudio y profesor de investigación del Instituto Salk. «Gracias a este nuevo plano genómico, ahora podemos aplicar modernas técnicas de cultivo para descubrir nuevos compuestos y rasgos en agricultura, medicina y biotecnología.»
Liberar el arsenal químico de la planta
El Cannabis Sativa L. es una auténtica mina de oro química. Puede producir más del 30% de su peso seco en cannabinoides y terpenos, pequeñas moléculas sintetizadas en los tricomas glandulares que cubren las flores de la planta. Estos compuestos sirven como defensa natural de la planta, pero son explotados por el ser humano por sus efectos terapéuticos, aromáticos y psicoactivos.
De ellos, CBD (cannabidiol) y THC (tetrahidrocannabinol) son los más conocidos. La popularidad de variedades como Charlotte’s Web, conocida por sus propiedades antiepilépticas, ha fomentado, por ejemplo, la aceptación del CBD por el público en general y ha despertado un renovado interés científico.
Sin embargo, a pesar de la polivalencia del Cannabis, que abarca desde biocombustibles hasta aceites nutricionales, su arquitectura genómica ha sido durante mucho tiempo un misterio. Las restricciones legales han impedido la selección y la investigación sistemáticas, dejando muchos rasgos sin explorar y sin desarrollar.
Un gran avance en tecnología genómica
Los estudios genéticos tradicionales han encontrado dificultades con el cannabis debido a su complejo genoma. Como sólo el 5% de las plantas, el cannabis es dioico, lo que significa que hay plantas macho y hembra distintas. Su genoma también está saturado de elementos transponibles, segmentos de ADN que «saltan» a través del genoma, complicando la secuenciación y el análisis.
El equipo superó estas dificultades utilizando tecnologías de secuenciación de lectura larga, que permiten descodificar miles de pares de bases a la vez, en lugar de ensamblar secuencias fragmentadas. Este método les permitió cartografiar ambos conjuntos de cromosomas (uno de cada progenitor) en un proceso denominado resolución de haplotipos, una primicia en el cannabis.
«Somos de los primeros en explotar esta tecnología de lectura larga a gran escala en el contexto del pangenoma», afirma la coautora principal Lillian Padgitt-Cobb, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Michael.
«Nos da toda esta información sobre la variación estructural y el orden de los genes que puede informar las decisiones finales sobre la selección de rasgos favorables en las plantas de cannabis.»
Diversidad oculta y oportunidades para la innovación
El estudio del pangenoma, que analizó 144 plantas de todo el mundo, reveló un asombroso nivel de diversidad genética. Al resolver los dos conjuntos de cromosomas de cada planta, el equipo reunió 193 genomas, 181 de los cuales nunca antes se habían catalogado.
Estos resultados cuestionan numerosas hipótesis. Sólo el 23% de los genes se encontraron en todos los genomas, mientras que el 55% eran casi universales y el 21% variaban de un genoma a otro. Sorprendentemente, los genes relacionados con el metabolismo de los ácidos grasos, el crecimiento y la defensa vegetal fueron los más variables, ofreciendo una reserva para nuevas estrategias de mejora.
Uno de los descubrimientos más importantes fue la base genética de la tetrahidrocannabivarina (THCV), un cannabinoide menos conocido que despierta cada vez más interés por sus efectos energizantes y no psicotrópicos. Los investigadores descubrieron que las variaciones en la vía de biosíntesis de los ácidos grasos determinan la producción de THCV, lo que abre una nueva frontera en el cultivo funcional del cannabis.
Además, los genes THCAS y CBDAS, responsables de la síntesis de THC y CBD, se encontraron integrados en elementos transponibles, lo que sugiere que la selección dirigida por el hombre – mejoramiento – ha contribuido en gran medida a la diversidad genómica de la especie.
Repensar la selección: el papel de las plantas macho
El estudio también arroja luz sobre los cromosomas sexuales del cannabis. Durante años, el cultivo moderno ha dado prioridad a las semillas feminizadas induciendo a las plantas femeninas a producir flores masculinas, excluyendo así cualquier contribución del cromosoma Y. Pero este atajo podría tener un coste.
«Hay genes presentes sólo en las plantas ‘padre’ que pueden utilizarse para seleccionar una descendencia más exitosa», escriben los autores. Al ignorar el genoma masculino, los mejoradores podrían perderse rasgos valiosos relacionados con el vigor, la resistencia o incluso la producción de nuevos compuestos.
Según Ryan Lynch, otro de los coautores principales, la incorporación de estos conocimientos genéticos a la cría comercial podría catalizar un crecimiento significativo: «Una vez que el interés del mercado se combine con estos nuevos conocimientos sobre el genoma del cannabis, que pueden guiar los esfuerzos de cría, creo que el cáñamo y los aceites de cáñamo despegarán realmente en la salud humana y las aplicaciones industriales.»
Siguientes pasos
El equipo de investigación espera que el pangenoma del cannabis sirva como referencia abierta y dinámica para científicos, criadores y responsables políticos de todo el mundo. Este conocimiento podría guiar una selección precisa para desarrollar cultivares adecuados para aplicaciones médicas, agricultura sostenible e incluso usos bioindustriales como combustibles alternativos para aviones o aceites de semillas con alto contenido en nutrientes.
El estudio también apunta a la probable existencia de un antecesor silvestre del cannabis en Asia, que podría albergar rasgos genéticos sin explotar moldeados por condiciones ambientales únicas. El descubrimiento y secuenciación de una planta de este tipo podría ampliar aún más el pangenoma y ofrecer más herramientas para el desarrollo global de cultivos.
¿Cómo ha sido posible?
La creación de este mapa genético sin precedentes del cannabis sólo ha sido posible gracias a una combinación de perseverancia científica, innovación tecnológica y evolución normativa. Las American Agricultural Acts de 2014 y 2018, que legalizaron la investigación y el cultivo del cáñamo, desempeñaron un papel decisivo. Han proporcionado a los investigadores el marco legal para recoger muestras de plantas, colaborar entre instituciones y aplicar técnicas genómicas avanzadas a un cultivo antes relegado a los márgenes de la ciencia.
Según Todd Michael: «Estas mismas restricciones legales han estimulado una revolución subterránea en el cultivo, revelando el poder del cannabis como fábrica química» Pero ahora, con el cambio de políticas y los avances de la ciencia, el cannabis está saliendo de las sombras, armado con un genoma, un plan y un futuro.
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