Banche del germoplasma e cannabis: preservare la diversità genetica

Avrete sicuramente sentito parlare del “deposito globale di semi delle Svalbard” (Svalbard Global Seed Vault) in Norvegia, un gigantesco magazzino sotterraneo scavato in un ghiacciaio dove viene conservata una copia di semi delle banche del germoplasma di ogni Paese per poter preservare la loro genetica in caso di perdita per catastrofi naturali o conflitti bellici.

In questo articolo parleremo di cannabis e banche del germoplasma e dell’importanza di preservare le risorse genetiche della Cannabis sativa. Solo così potremo conservare la biodiversità di questa specie vegetale e trarne vantaggio nel miglioramento e nella creazione di nuove varietà.

Indice

• 1. Conservazione delle risorse genetiche
• 2. Collezioni e banche del germoplasma di cannabis
• 3. Condizioni di conservazione dei semi di cannabis
• 4. L’importanza della diversità genetica della C. sativa
• 5. Perdita della diversità genetica della C. sativa
• 6. Banche del germoplasma e cannabis: le conclusioni
• 7. Referenze

1. Conservazione delle risorse genetiche

Il “germoplasma” è il materiale genetico che può essere usato per riprodurre o propagare una pianta. Ciò può includere semi, talee, polline, meristemi, embrioni somatici o qualsiasi altra struttura che porti alla rigenerazione di un’intera pianta. 

La conservazione delle risorse genetiche, o germoplasma, può essere effettuata in situ o ex situ.

Quella in situ implica la conservazione della variazione genetica nel luogo in cui si trova in natura (come, ad esempio, la salvaguardia delle varietà autoctone di C. sativa che crescono spontanee sui monti Hengduan, dove si trova il biotipo indica). La conservazione ex situ consiste invece nell’immagazzinamento dei campioni vegetali al di fuori del loro habitat naturale, nelle banche del germoplasma o negli orti botanici. ^[1]Offord, C.A. (2017).
Germplasm conservation.
Encyclopedia of Applied Plant Sciences (2) 281-288.

Ad esempio, al Vavilov Research Institute (VIR) è presente una delle più grandi collezioni di C. sativa.

Le banche del germoplasma consentono di conservare un ampio campionario di semi ed altro materiale vegetale a basse temperature. Attualmente, ci sono circa 1.750 banche del germoplasma sparse in più di 100 Paesi, dove sono immagazzinate circa 7,4 milioni di accessioni di colture alimentari. ^[2]Commission on Genetic Resources for Food. (2010).
The second report on the state of the world’s plant genetic resources for food and agriculture (Vol. 2).
Food & Agriculture Org..

Il 90% del materiale immagazzinato nelle banche del germoplasma è quasi sempre conservato sotto forma di semi ^[3]Pritchard, H. W., & Nadarajan, J. (2008).
Cryopreservation of orthodox (desiccation tolerant) seeds.
In Plant cryopreservation: a practical guide (pp. 485-501). Springer, New York, NY.

2. Collezioni e banche del germoplasma di cannabis

Le collezioni ex situ di C. sativa sono state parzialmente contrassegnate e divulgate in rapporti, letteratura scientifica e banche dati. Solo tre raccolte di germoplasma di cannabis sono state pubblicate su riviste scientifiche. ^[4]Welling, M. T., Shapter, T., Rose, T. J., Liu, L., Stanger, R., & King, G. J. (2016). A belated green revolution for Cannabis: virtual genetic resources to fast-track cultivar … Continue reading

La collezione del Vavilov Research Institute (istituto fondato nel 1920 da Nikolai Vavilov a San Pietroburgo, Russia) è oggi considerata la più grande raccolta di risorse genetiche al mondo e, attualmente, conta 491 accessioni di cannabis. La maggior parte delle accessioni deriva da varietà autoctone e piante da fibra, con il 61,3% delle accessioni provenienti da Russia, Germania ed Ucraina. ^[5]Clarke, R. C. (1998).
Maintenance of Cannabis germplasm in the Vavilov Research Institute gene bank-five year report.
Romania, 1(4), 4.

La collezione del centro di ricerca CPRO, oggi di proprietà dell’Università di Wageningen, fu fondata nel 1988. È l’unica raccolta di cannabis in cui sono stati pubblicati i dati identificativi di ogni accessione. L’ultimo rapporto del 1992 ha identificato un totale di 156 accessioni di cannabis provenienti da 22 Paesi, comprendenti cultivar e varietà autoctone e selvatiche. ^[6]de Meijer, E. P., & Van Soest, L. J. M. (1992).
The CPRO Cannabis germplasm collection.
Euphytica, 62(3), 201-211.

L’ultima collezione caratterizzata da genetiche di cannabis è quella dell’istituto INF & MP (Poznan, Polonia), che è la più recente. Nel 2015 sono state individuate 139 accessioni originarie dell’Europa, di cui il 54,7% provenienti da Francia, Ungheria ed Ucraina. ^[7]Mankowska, G., & Silska, G. (2015).
Genetic resources of Cannabis sativa L. in the collection of the gene bank at INF&MP in Poznan.
Journal of Natural Fibers, 12(4), 332-340.

Infine, esistono altre importanti collezioni di cannabis le cui risorse genetiche non sono state ancora divulgate, come la collezione dell’accademia di scienze agrarie dello Yunnan in Cina (350 accessioni) ^[8]Salentijn, E. M., Zhang, Q., Amaducci, S., Yang, M., & Trindade, L. M. (2015).
New developments in fiber hemp (Cannabis sativa L.) breeding.
Industrial crops and products, 68, 32-41., dell’istituto di Bast Crops in Ucraina (373 accessioni) e dell’istituto di agrobotanica in Ungheria (117 accessioni). ^[9]FAO. (2016).
The world information and early warning system on plant genetic resources for food and agriculture.

3. Condizioni di conservazione dei semi di cannabis

Nei processi di conservazione a lungo termine, quasi tutto il materiale genetico di C. sativa viene immagazzinato sotto forma di semi. La vitalità dei semi di cannabis cala di circa un 75% dopo due anni in condizioni non controllate.

I fattori che influenzano la longevità di un seme sono principalmente la temperatura e l’umidità. La diminuzione della temperatura (da 20 a -80°C) e del contenuto di umidità (dall’11 al 4%) aumenta la longevità dei semi di cannabis.

La conservazione di semi con un alto contenuto di umidità (11%) riduce la loro vitalità allo 0% dopo 18 mesi. Invece, ridurre le temperatura a 5°C ed il contenuto di umidità al 6% garantisce che i semi rimarranno vitali fino a quasi 6 anni.

Per la conservazione dei semi nelle banche del germoplasma, si dovrebbero mantenere temperature di -20°C ed un tasso di umidità del 6% per consentire la loro germinazione fino ad un decennio dopo. ^[10]Small, E., & Brookes, B. (2012). Temperature and moisture content for storage maintenance of germination capacity of seeds of industrial hemp, marijuana, and ditchweed forms of Cannabis … Continue reading

4. L’importanza della diversità genetica della C. sativa

La diversità genetica della C. sativa comprende tutte le diverse caratteristiche genetiche che si trovano all’interno della specie. Questo include tutti i polimorfismi trovati nella C. sativa, come piante da fibra, piante per colture alimentari e/o olio e piante destinate alla produzione di medicinali e sostanze psicoattive. 

In primo luogo, la diversità genetica è molto importante per l’adattamento biologico, che aiuta a preservare la sopravvivenza della C. sativa in eventuali e future condizioni avverse, come la diffusione di un nuovo agente patogeno o una nuova minaccia ambientale.

Quando la diversità genetica di una specie si riduce, si perde la capacità di adattamento ai nuovi cambiamenti ambientali, mettendo a rischio la sua sopravvivenza.

In secondo luogo, la diversità genetica è di grande importanza come risorsa genetica nello sviluppo di nuove varietà. ^[11]Caruso, G., Broglia, V., & Pocovi, M. (2018).
Diversidad genética. Importancia y aplicaciones en el mejoramiento vegetal.
Lhawet, 4(1).

Ad esempio, per ottenere varietà resistenti all’oidio, prima devono essere trovate in natura delle piante capaci di reagire a questo patogeno, affinché possano essere poi usate nei programmi di ibridazione e miglioramento genetico. Per questo motivo, è fondamentale preservare la biodiversità della C. sativa.

5. Perdita della diversità genetica della cannabis sativa

Il patrimonio genetico della cannabis sativa ha subito delle perdite per molteplici motivi.

La stragrande maggioranza delle cultivar di canapa industriale è stata selezionata partendo da poche linee, il che significa che sono geneticamente simili tra loro. Inoltre, le cultivar destinate all’uso ricreativo sono state minuziosamente selezionate per la potenza, riducendo la diversità allelica di altri tratti genetici meno interessanti da preservare.

Anche i metodi di ibridazione usati per la C. sativa contribuiscono a ridurne la diversità genetica, poiché si basano sull’autofecondazione e fanno affidamento su parenti stretti. L’uso commerciale del materiale propagato per via vegetativa riduce la necessità di usare la riproduzione sessuale e, quindi, la ricombinazione genetica. Inoltre, l’uso di semi femminizzati (piante XX) esclude dalla riproduzione le piante geneticamente maschili, riducendo la diversità allelica del cromosoma Y. ^[12]Clarke, R. C., & Merlin, M. D. (2016).
Cannabis domestication, breeding history, present-day genetic diversity, and future prospects.
Critical reviews in plant sciences, 35(5-6), 293-327.

Inoltre, c’è anche una diminuzione della diversità nelle collezioni delle banche del germoplasma. I campioni di semi di C. sativa nelle collezioni sono pochi e soggetti a mutazioni spontanee ed ibridazioni accidentali durante il periodo di replicazione. Di conseguenza, le accessioni tendono a diventare meno rappresentative di quelle originali.

Secondo il Journal of the International Hemp Association, un altro fattore sono le sfide legate al mantenimento e alla replicazione dei semi, come nel caso della collezione di germoplasma del VIR. Dal crollo dell’Unione Sovietica, i finanziamenti per la collezione del VIR sono diminuiti drasticamente, minacciando la conservazione dell’intera raccolta, la replicazione dei semi e riducendo così la diversità genetica della cannabis sativa. ^[13]Clarke, R. C. (1998).
Maintenance of Cannabis germplasm in the Vavilov Research Institute gene bank-five year report.
Romania, 1(4), 4.

Infine, le politiche proibizioniste globali contro la C. sativa hanno contribuito enormemente all’estinzione delle popolazioni locali e selvatiche, nonché alla distruzione di collezioni private che rappresentavano gran parte della diversità genetica della cannabis. ^[14]Small, E. (2016).
Cannabis: a complete guide.
CRC Press.

6. Banche del germoplasma e cannabis: le conclusioni

La conservazione delle risorse genetiche della C. sativa viene effettuata ex situ dalle banche del germoplasma.

Esistono diverse collezioni di cannabis che includono varietà selvatiche ed autoctone, cultivar per la produzione di fibre e piante destinate all’uso terapeutico/ricreativo.

Alcune collezioni di cannabis contraddistinte nella letteratura scientifica sono quelle di VIR, CPRO e INF & MP. Abbiamo poche informazioni sulle altre collezioni, come quella del YAAS o dell’Istituto di Bast Crops. Tutte queste collezioni conservano le accessioni sotto forma di seme. Per la conservazione a lungo termine, i semi devono essere esposti ad una temperatura di -20°C e ad un tasso di umidità del 6%. 

La conservazione della diversità genetica della cannabis sativa implica la sopravvivenza della specie e l’uso delle sue risorse nei programmi di ibridazione e miglioramento genetico. Tuttavia, il suo patrimonio genetico è stato eroso a causa delle politiche globali proibizioniste, della selezione per ottenere specifiche quantità di cannabinoidi o fibre, dell’uso di parenti geneticamente stretti e dell’uso commerciale di materiale propagato per via vegetativa. Di conseguenza, è di vitale importanza identificare e conservare le risorse esistenti di C. sativa per mantenere la sua diversità genetica e sfruttarla nello sviluppo di nuove cultivar. 

Articolo a firma di: Andreu Francés Global Head of Breeding presso Royal Queen Seeds e RQS Pro.