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

Nel mondo del miglioramento genetico vegetale, l'obiettivo è spesso quello di creare discendenti che portino con sé i migliori tratti dei genitori, combinando la forza di uno con il sapore dell'altro. Per la maggior parte delle colture, questo è un processo semplice che consiste nel prelevare il polline da una pianta maschile e posizionarlo sul fiore femminile di un partner scelto. Tuttavia, la pianta di cannabis presenta un enigma biologico unico. È dioica, il che significa che i singoli esemplari sono distintamente maschi o femmine, e il prodotto commerciale — il fiore — si trova solo sulle femmine. In un contesto commerciale, la presenza anche di un singolo esemplare maschio è un disastro, poiché il suo polline feconderebbe le femmine, causando la produzione di semi invece dei fiori densi e privi di semi che vengono raccolti. Questa stretta separazione rende difficile l'ibridazione tradizionale, poiché gli scienziati non possono facilmente incrociare due piante femmine d'élite per creare una nuova varietà migliorata senza introdurre genetica maschile o rischiare semi indesiderati.

Per risolvere questo problema, i ricercatori cercano da tempo un modo per cambiare temporaneamente il sesso di una pianta femmina, convincendola a produrre polline senza alterare il suo codice genetico. Questo processo si basa su un trattamento chimico che interrompe i segnali ormonali naturali della pianta, in particolare bloccando un ormone chiamato etilene, essenziale per lo sviluppo dei fiori femminili. Quando questo segnale viene silenziato al momento giusto, il sistema riproduttivo della pianta cambia marcia e inizia a produrre fiori maschili invece di quelli femminili. Sebbene il concetto sia noto da tempo, l'applicazione pratica è stata inconsistente, con molti tentativi falliti nel produrre abbastanza polline vitale o che hanno portato a piante troppo stressate per funzionare correttamente. La sfida è stata trasformare un trucco da laboratorio in un metodo affidabile su scala industriale per creare semi "femminizzati" — semi che sono geneticamente femmine ma nati dall'incrocio tra due genitori femmine.

Un team di ricercatori di Agriculture Victoria ha ora colmato questa lacuna sviluppando un sistema completo e passo dopo passo per la produzione di questi semi. Il loro lavoro va oltre la semplice applicazione chimica per creare un flusso di lavoro completo, dalla crescita iniziale delle piante fino alla raccolta finale dei semi. Il processo inizia prendendo talee da una singola pianta femmina di alta qualità e coltivandole in un ambiente controllato. I ricercatori gestiscono attentamente la forma di queste piante, potandole per incoraggiare una specifica struttura di ramificazione che assicuri che lo spray chimico possa raggiungere ogni parte della chioma. Questa preparazione è cruciala, poiché le piante devono essere abbastanza robuste da resistere al trattamento pur rimanendo accessibili per il delicato lavoro che segue.

Una volta che le piante sono pronte, il team applica una soluzione di tiosolfato d'argento, una miscela chimica che innesca il cambiamento di sesso. Questo non è un evento isolato, ma una campagna sostenuta. Le piante vengono spruzzate tre volte a settimana per diverse settimane, proprio mentre i fiori iniziano a formarsi. La tempistica è critica; lo spray deve essere applicato al buio o in luce soffusa perché la sostrichelica si decompone rapidamente se esposta alla luce intensa. Con il passare delle settimane, i fiori femminili sulle piante trattate subiscono una trasformazione visibile. Invece di sviluppare le strutture appiccicose e simili a peli utilizzate per catturare il polline, i fiori si gonfiano e iniziano a formare piccoli sacchi rotondi che contengono polline. Questi sacchi, che appaiono diversi da quelli di una pianta naturalmente maschile, alla fine diventano gialli e scoppiano, rilasciando una nuvola di polline vitale.

I ricercatori hanno scoperto che, per ottenere abbastanza polline per un programma di breeding di successo, era necessario spruzzare le piante ripetutamente per un periodo di tre o quattro settimane. Hanno raccolto il polline raccogliendo delicatamente i sacchi e scuotendoli attraverso setacci fini per separare i granuli dal materiale vegetale. Questo polline è stato poi conservato in un congelatore per mantenerlo vivo fino al momento del bisogno. La fase successiva consisteva nel prendere questi granuli conservati e spennarli manualmente sugli stigmi di altre piante femmine che non erano state trattate. Queste piante riceventi erano coltivate in parallelo, con tempi calibrati affinché i loro fiori fossero pronti a ricevere il polline proprio mentre le piante donatrici lo producevano. Usando un pennello fine per applicare il polline direttamente, il team ha garantito che l'impollinazione incrociata fosse precisa e che non si verificasse alcuna contaminazione indesiderata.

I risultati di questo metodo sono stati sostanziali. Da sole tre piante riceventi che sono state impollinate con questa tecnica, il team ha raccolto circa 3.000 semi. Questa resa dimostra che il metodo non è solo scientificamente valido, ma anche pratico per la produzione delle grandi quantità di semi necessarie per i programmi di breeding. I semi prodotti erano tutti femmine, confermando che il materiale genetico proveniva interamente dai due genitori femmine. I ricercatori hanno notato che, sebbene le piante donatrici trattate mostrassero segni di stress, come l'ingiallimento delle foglie, questo era una parte normale del processo e non impediva la formazione riuscita del polline. In effetti, lo stress era un segno che il trattamento chimico stava funzionando efficacemente per sopprimere gli organi riproduttivi femminili e reindirizzare l'energia della pianta verso la creazione di strutture maschili.

Questo studio segna un passo avanti significativo per l'industria della cannabis, fornendo un quadro affidabile per la creazione di varietà ibride d'élite. Prima di questo lavoro, i breeder lottavano con l'imprevedibilità del cambio di sesso o con la mancanza di un metodo standardizzato per produrre semi in grandi quantità. Il nuovo protocollo offre un percorso chiaro per generare semi geneticamente uniformi, che possono essere conservati per lunghi periodi e utilizzati per far crescere piante identiche ai genitori. Questo rappresenta un grande vantaggio rispetto all'attuale standard del settore, che consiste nel clonare le piante da talee, un processo laborioso e con un rischio maggiore di malattie. Consentendo la creazione di semi da due piante femmine selezionate, il metodo permette ai breeder di fissare i tratti desiderabili e creare nuovi ibridi con maggiore precisiono. Il lavoro suggerisce che, con questo strumento, il potenziale del breeding scientifico nella cannabis sta finalmente venendo sbloccato, spostando la coltura da uno stato di propagazione manuale a un sistema agricolo più avanzato basato sui semi.