La poliploidizzazione come metodo potenziale per ottenere rese più elevate

Diploidizzazione e poliploidizzazione

La ploidizzazione indica il numero di filamenti di cromosomi in una cellula vivente. La maggior parte delle cellule umane ha due serie di cromosomi, 23 coppie in totale. Le cellule che hanno due serie di cromosomi si chiamano diploidi. Le cellule che hanno una serie di cromosomi sono aploidi, le cellule con tre serie di cromosomi sono triploidi, con quattro serie sono tetraploidi, ecc. Le cellule poliploidi sono quelle che hanno un numero di filamenti di cromosomi superiore a due.

Le cellule di cannabis sono prevalentemente diploidi - come gli esseri umani. Si potrebbero trovare in totale 10 coppie di cromosomi nelle cellule di cannabis. Esiste una vasta gamma di specie poliploidi nel regno vegetale. Tra le più importanti figurano il grano, il mais o il cotone.

La poliploidizzazione riveste una funzione fondamentale nell’evoluzione delle piante e almeno l’80% delle piante da fiore (angiosperme) si è evoluto diventando specie poliploide. Si potrebbe quindi dire che la sua importanza per la sopravvivenza delle specie è davvero enorme. Ora sappiamo dunque che la poliploidizzazione avviene spontaneamente nelle piante.

Questi esemplari poliploidi possono essere utilizzati per la riproduzione e l’ulteriore propagazione. Pensate per esempio ai tipi di banana più diffusi: sono triploidi e sono stati selezionati molto prima che l’essere umano fosse in grado di modificare i geni. Le banane triploidi producono solo germi di seme. Quando i coltivatori se ne sono accorti molto tempo fa, hanno semplicemente cominciato a selezionare e hanno continuato a coltivare queste specie mutate.

Questo ha portato alla loro massiccia espansione. Le banane diploidi producono semi duri e il loro sapore in genere non è granché. La poliploidizzazione può anche essere indotta artificialmente mediante alcune sostanze chimiche che disturbano il funzionamento dei cromosomi, come la colchicina o la sua alternativa meno dannosa chiamata Orizalin.

I pro e i contro della poliploidizzazione

I vantaggi più importanti delle piante poliploidi sono la maggiore resistenza, la crescita migliore e, soprattutto nel caso delle specie commerciali, i raccolti più abbondanti. Quando si parla di cannabis, c’è entra in gioco un altro fattore interessante: una maggiore produzione potenziale di metaboliti secondari, cioè cannabinoidi e terpeni. In parole povere, le piante di cannabis poliploidi possono - in teoria - raggiungere rese più elevate e dare effetti più forti.

Grazie a questi vantaggi, vale senza dubbio la pena effettuare una selezione per ottenere varietà di cannabis poliploidi stabili. Tuttavia, c’è anche il rovescio della medaglia. Oltre ai vantaggi citati della poliploidizzazione ci sono anche diversi svantaggi.

Prima di tutto il problema nell’ottenere una poliploidizzazione affidabile attraverso fonti esterne. Questo significa che non è facile indurre la poliploidizzazione nelle piante diploidi mantenendo la stabilità genetica degli esemplari poliploidi. Un altro problema è la riduzione significativa della fertilità delle piante poliploidi. Questo può essere risolto con la propagazione asessuata, cioè la clonazione, che è assolutamente diffusa quando si coltiva per ottenere quanti più fiori possibile.

Ci sono anche problemi a livello cellulare che sono provocati dal maggior numero di cromosomi nella cellula, che in origine è diploide. Gli scienziati stanno ancora affrontando diversi problemi e ci vorrà del tempo per risolverli tutti. Se si riuscisse a selezionare una varietà poliploide stabile, che possa anche essere propagata per seme, si farebbe sicuramente un enorme passo in avanti nell’industria della cannabis.

Metodi per aumentare il numero di cromosomi

Come già detto, la poliploidizzazione può avvenire in modo del tutto spontaneo senza interventi dall’esterno. Ogni volta che coltivate partendo da semi, potete potenzialmente ottenere piante poliploidi nella vostra coltivazione. Tuttavia, questo accade raramente nella vita reale. E anche se appare una poliploide nella vostra coltivazione, non c’è alcuna garanzia che, clonandola, finirete per avere una genetica poliploide per ulteriori cicli di coltivazione.

Tuttavia, le piante poliploidi in natura sono un materiale di partenza ideale per la riproduzione. Per i coltivatori commerciali e i selezionatori, è più interessante essere in grado d’indurre la poliploidizzazione in modo mirato e incrociare e stabilizzare gli esemplari poliploidi piuttosto che aspettare che un poliploide compaia in natura per caso.

L’utilizzo della colchicina è diffuso nell’induzione artificiale di mutazioni genetiche e può essere applicato anche per indurre la poliploidizzazione. Il diserbante Orizalin può essere usato come sostituto con effetti meno dannosi. È stato utilizzato anche in un esperimento di coltivazione interessante che verrà illustrato in seguito.

Esperimenti di coltivazione

L’Orizalin è stato selezionato da un gruppo di ricercatori in alcuni esperimenti condotti dal produttore di cannabis legale Canopy Growth Corporation a Smith Falls, in Canada. L’obiettivo dello studio, condotto in collaborazione con la Carleton University di Ottawa e con l’Ottawa Research and Development Center, era quello di testare un metodo efficace per generare la poliploidizzazione nella cannabis, i suoi effetti sulla crescita, la resa e la produzione di metaboliti secondari.

I risultati di questa ricerca sono più che interessanti. Trovate l’articolo completo scritto dagli autori dello studio - Jessica L. Parsons, Sara L. Martin, Tracey James, Gregory Golenia, Ekaterina A. Boudko e Shelley R. Hepworth - su https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00476.

L’esperimento è stato condotto usando due varietà commerciali di cannabis coltivate sotto fonti di luce artificiali. Una delle varietà conteneva una quantità elevata di THC, la secondo presentava un rapporto bilanciato di CBD e THC. I cloni delle piante madri di entrambe le varietà sono stati precoltivati in vitro e suddivisi in otto gruppi. Un gruppo non è stato trattato e gli altri sette gruppi sono stati trattati con una soluzione contenente Orizalin a varie concentrazioni comprese fra 20 e 150 μM.

In totale sono stati formati otto gruppi contenenti dieci piante ciascuno. Il team ha ottenuto i risultati migliori a livello di generazione della poliploidizzazione con una concentrazione di Orizalin di 20 μM: il 62,5% delle piante sono infatti sopravvissute al trattamento e nell’80% di questi casi si era verificata la poliploidizzazione. Nelle piante poliploidi, il numero di cromosomi rilevati era il doppio rispetto ai campioni diploidi.

Di conseguenza, i ricercatori hanno coltivato piante madri da esemplari poliploidi e hanno prodotto cloni da queste piante madri anche per una serie di altri esperimenti di coltivazione. In essi, hanno confrontato diverse caratteristiche degli esemplari così come la loro composizione chimica.

Nel gruppo poliploide, è stato rilevato un allargamento significativo dello stoma che è arrivato fino al 30%. Con l’aumento delle dimensioni, la loro densità è diminuita di circa la metà. L’allargamento dello stoma è provocato dal maggior numero di cromosomi nelle cellule.

La dimensione e la densità degli stomi sulle foglie può essere quindi considerata un segnale affidabile del fatto che ci si trovi di fronte a esemplari poliploidi. Negli esperimenti, le piante poliploidi producevano anche foglie più grandi, soprattutto nella fase di fioritura, rispetto alle piante diploidi della stessa varietà. Sono molto interessanti i dati riguardanti la densità dei tricomi sui petali, in quanto si è verificato un aumento degli stessi del 40% negli esemplari poliploidi.

Anche se ci si potrebbe logicamente aspettare che il contenuto di tutti i metaboliti secondari aumenti con l’incremento del numero di tricomi, le analisi chimiche hanno dimostrato che mentre il contenuto di CBD è aumentato del 9%, la concentrazione di THC nei fiori è rimasta sostanzialmente la stessa del gruppo diploide.

Si sono verificati numerosi cambiamenti nel profilo terpenico, ma sono stati così variabili a seconda della pianta che non è stato possibile trarre conclusioni chiare al riguardo. Sono state rilevate differenze più frequenti nel profilo terpenico rispetto al gruppo diploide, probabilmente dovute alla ben nota stabilità genetica inferiore dei poliploidi appena creati.

Sebbene non si sia verificato un aumento significativo della resa o del contenuto di THC nel gruppo poliploide in questo particolare esperimento, l’incremento della densità dei tricomi e del contenuto di CBD offre un barlume di speranza e un motivo valido per proseguire con la ricerca. Ritengo che l’impegno dei selezionatori porterà alla fine a varietà poliploidi stabili che presenteranno numerosi vantaggi.

Nessuna modifica genetica

Anche se ad alcuni può sembrare che la poliploidizzazione artificiale equivalga alla modifica genetica, non è vero. La modifica genetica è una procedura estremamente complicata e onerosa all’interno della quale la struttura del DNA viene deliberatamente interrotta per obbligare il DNA stesso a sostituire i punti danneggiati con parti del codice genetico che gli viene fornito da noi.

In questo modo è possibile inserire nel filamento di DNA una parte di un filamento che originariamente non c’era. Lo scopo della modifica genetica è quello di riprogrammare il DNA (in un modo che molto probabilmente non si verificherebbe spontaneamente in natura) per ottenere proprietà completamente nuove. La poliploidizzazione artificiale mediante sostanze chimiche è invece la semplice induzione artificiale di processi che avvengono in natura.

Come già sottolineato, bisogna tenere in considerazione che le piante poliploidi possono anche nascere spontaneamente. Questo è il motivo per cui la poliploidizzazione dovrebbe essere trattata più come un ausilio per ottenere le proprietà desiderate in varietà nuove selezionando esemplari che presentano queste proprietà desiderate. Non credo che le piante poliploidi debbano essere temute o maledette.

Numerosi team di ricercatori in tutto il mondo stanno cercando di selezionare poliploidi stabili. Aumentare l’efficienza della coltivazione è un obiettivo molto interessante. Un aumento del 10% circa del contenuto di cannabinoidi può comportare un importante plus dal punto di vista finanziario per i grandi coltivatori commerciali.

E tutti vogliono fruirne. Ciononostante, un cambiamento ancora più grande potrebbe essere la potenziale resa più elevata. I poliploidi diventerebbero quindi il nuovo standard nella coltivazione sia per i coltivatori commerciali che per quelli domestici.

Questa ricerca sarà coronata dal successo? Vedremo cosa accadrà nei prossimi anni. Voi, lettori di Soft Secrets, potete stare tranquilli perché sarete i primi a conoscere qualsiasi progresso importante che verrà raggiunto in questo settore.