From Staminate Flower Induction to Seed Harvest: Feminised Seed Production in Cannabis sativa

En el mundo del fitomejoramiento, el objetivo suele ser crear descendientes que porten las mejores características de sus progenitores, combinando la fuerza de uno con el sabor de otro. Para la mayoría de los cultivos, este es un proceso sencillo que consiste en tomar polen de una planta macho y colocarlo en la flor femenina de una compañera elegida. Sin embargo, la planta de cannabis presenta un rompecabezas biológico único. Es dioica, lo que significa que existen plantas individuales claramente masculinas o femeninas, y el producto comercial —la flor— se encuentra únicamente en la hembra. En un entorno comercial, la presencia de incluso una sola planta macho es un desastre, ya que su polen fertilizará a las hembras, haciendo que produzcan semillas en lugar de las flores densas y sin semillas que se cosechan. Esta estricta separación dificulta el fitomejoramiento tradicional, ya que los científicos no pueden cruzar fácilmente dos plantas hembra de élite para crear una nueva variedad mejorada sin introducir genética masculina o arriesgarse a obtener semillas no deseadas.

Para resolver esto, los investigadores han buscado durante mucho tiempo una forma de cambiar temporalmente el sexo de una planta hembra, convenciéndola de producir polen sin alterar su código genético. Este proceso se basa en un tratamiento químico que interrumpe las señales hormonales naturales de la planta, específicamente bloqueando una hormona llamada etileno, que es esencial para el desarrollo de las flores femeninas. Cuando esta señal se silencia en el momento adecuado, el sistema reproductivo de la planta cambia de marcha y comienza a desarrollar flores masculinas en lugar de femeninas. Si bien el concepto se conoce desde hace tiempo, la aplicación práctica ha sido inconsistente, ya que muchos intentos no logran producir suficiente polen viable o resultan en plantas demasiado estresadas para funcionar correctamente. El desafío ha sido convertir un truco de laboratorio en un método fiable y a escala industrial para la creación de semillas "feminizadas": semillas que son genéticamente hembra pero nacidas de un cruce entre dos progenitores hembra.

Un equipo de investigadores de Agriculture Victoria ha llenado ahora este vacío mediante el desarrollo de un sistema completo y paso a paso para la producción de estas semillas. Su trabajo va más allá de la simple aplicación química para crear un flujo de trabajo completo, desde el crecimiento inicial de las plantas hasta la cosecha final de las semillas. El proceso comienza tomando esquejes de una única planta hembra de alta calidad y cultivándolos en un entorno controlado. Los investigadores gestionan cuidadosamente la forma de estas plantas, podándolas para fomentar una estructura de ramificación específica que garantice que el pulverizado químico pueda alcanzar cada parte del dosel. Esta preparación es crucial, ya que las plantas deben ser lo suficientemente robustas como para soportar el tratamiento y, al mismo tiempo, permanecer accesibles para el delicado trabajo que sigue.

Una vez que las plantas están listas, el equipo aplica una solución de tiosulfato de plata, una mezcla química que desencadena el cambio de sexo. Este no es un evento único, sino una campaña sostenida. Las plantas se pulverizan tres veces por semana durante varias semanas, comenzando justo cuando las flores empiezan a formarse. El momento es crítico; el pulverizado debe aplicarse en la oscuridad o bajo luz tenue porque el producto químico se descompone rápidamente cuando se expone a la luz brillante. A medida que pasan las semanas, las flores femeninas de las plantas tratadas experimentan una transformación visible. En lugar de desarrollar las estructuras pegajosas y capilares utilizadas para capturar el polen, las flores se hinchan y comienzan a formar pequeños sacos redondos que contienen polen. Estos sacos, que se ven diferentes a los de una planta macho natural, eventualmente se vuelven amarillos y estallan, liberando una nube de polen viable.

Los investigadores descubrieron que, para obtener suficiente polen para un programa de fitomejoramiento exitoso, necesitaban pulverizar las plantas repetidamente durante un periodo de tres a cuatro semanas. Cosecharon el polen recogiendo suavemente los sacos y agitándolos a través de tamices finos para separar los granos del material vegetal. Este polen fue luego almacenado en un congelador para mantenerlo vivo hasta que fuera necesario. La siguiente fase consistió en tomar estos granos almacenados y aplicarlos manualmente mediante un pincel sobre los estigmas de otras plantas hembra que no habían sido tratadas. Estas plantas receptoras se cultivaron en paralelo, cronometradas para que sus flores estuvieran listas para recibir el polen justo cuando las plantas donantes lo producían. Al utilizar un pincel fino para aplicar el polen directamente, el equipo aseguró que la polinización cruzada fuera precisa y que no ocurriera contaminación no deseada.

Los resultados de este método fueron sustanciales. A partir de solo tres plantas receptoras que fueron polinizadas con esta técnica, el equipo cosechó aproximadamente 3.000 semillas. Este rendimiento demuestra que el método no solo es científicamente sólido, sino también práctico para producir las grandes cantidades de semillas necesarias para los programas de fitomejoramiento. Las semillas producidas eran todas hembras, confirmando que el material genético provenía enteramente de los dos progenitores hembra. Los investigadores observaron que, aunque las plantas donantes tratadas mostraban signos de estrés, como el amarilleamiento de las hojas, esto era una parte normal del proceso y no impidió la formación exitosa de polen. De hecho, el estrés era una señal de que el tratamiento químico estaba funcionando eficazmente para suprimir los órganos reproductores femeninos y redirigir la energía de la planta hacia la creación de estructuras masculinas.

Este estudio marca un paso significativo hacia adelante para la industria del cannabis al proporcionar un marco fiable para la creación de variedades híbridas de élite. Antes de este trabajo, los fitomejoradores a menudo lidiaban con la imprevisibilidad de la reversión de sexo o la falta de un método estandarizado para producir semillas en masa. El nuevo protocolo ofrece un camino claro para generar semillas genéticamente uniformes, que pueden almacenarse durante largos periodos y utilizarse para cultivar plantas que son idénticas a sus progenitores. Esta es una ventaja importante sobre el estándar actual de la industria de clonar plantas a partir de esquejes, que es laborioso y conlleva un mayor riesgo de enfermedades. Al permitir la creación de semillas a partir de dos plantas hembra seleccionadas, el método permite a los fitomejoradores fijar rasgos deseables y crear nuevos híbridos con mayor precisión. El trabajo sugiere que, con esta herramienta, el potencial del fitomejoramiento científico en el cannabis finalmente se está desbloqueando, moviendo el cultivo de un estado de propagación manual hacia un sistema agrícola más avanzado basado en semillas.