Integratori alimentari

20 Aprile 2023

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Lo sviluppo e l'applicazione delle moderne tecniche della genetica e della biotecnologia alla Cannabis si stanno dimostrando estremamente importanti per migliorare le conoscenze su questa pianta al fine di aumentarne produttività e usi in campo medico e industriale.

Come è noto, la classificazione di Cannabis si basa principalmente sui livelli dei cannabinoidi CBD (cannabinodiolo) e THC (delta-9-Tetraidrocannabinolo) e sebbene i fattori ambientali e le condizioni di crescita abbiano un impatto significativo sui livelli di cannabinoidi in vari tessuti e organi della pianta e in diverse fasi della crescita, la distribuzione del rapporto THC:CBD nella maggior parte dei genotipi e delle popolazioni è sotto il controllo di pochi geni (Chandra et al., 2017; Toth et al., 2020). Questo fa sì che genotipi e popolazioni non siano classificati necessariamente in base alla loro somiglianza genetica complessiva.

Per una caratterizzazione più approfondita si è ricorsi negli ultimi anni alla biotecnologia. Come si evince da diversi lavori di letteratura i principali progressi nella biotecnologia della Cannabis si sono ottenuti applicando i marcatori molecolari per la caratterizzazione genetica basata sul DNA, studiando i microRNA, e applicando i metodi "omics" per la ricerca di geni funzionali correlati alla biosintesi di terpeni e cannabinoidi, nonché alla qualità delle fibre. Inoltre, negli studi sulla Cannabis molti metodi biotecnologici sono strettamente legati all'applicazione delle tecniche di coltura in vitro (Hesami et al. 2020).

Marcatori molecolari
La diversità genetica di cultivar e genotipi di Cannabis valutata attraverso marcatori molecolari è uno degli aspetti più indagati nell'analisi molecolare della Cannabis (Fabbri et al., 2019; Zhang et al., 2020).
I marcatori molecolari (variazioni nella sequenza del DNA), in quanto indipendenti dall'influenza dell'ambiente, diversamente dai dati morfologici e biochimici, si sono dimostrati notevolmente più indicativi negli studi sulle relazioni genetiche tra le specie, sull'identificazione di genotipi e varietà, nella distinzione tra la canapa da droga da quella da fibra, sulla caratterizzazione del germoplasma, sulla determinazione del sesso (per la produzione di Cannabis da droga sono essenziali le piante con fiori femminili non fecondati), per la costruzione di mappe di linkage e per l'identificazione di specifici chemiotipi (Jindal, 2020). Possono, quindi essere utilizzati con successo in programmi di miglioramento genetico della Cannabis (Borna et al., 2017; Fabbri et al., 2019).

Omics
Le tecnologie omiche sono finalizzate all'identificazione di geni (genomica), di mRNA (trascrittomica), di proteine (proteomica) e di metaboliti (metabolomica) in uno specifico campione biologico con una visione olistica di tutti i processi biologici. La genomica offre l'opportunità di individuare ed isolare geni funzionali sconosciuti corrispondenti a particolari caratteristiche che, non solo è utile per il miglioramento di una data varietà attraverso l'inserimento di questi geni con le tecniche dell'ingegneria genetica, ma anche utile per comprendere la regolazione di questi geni e la rete d'interazione con altri geni. Il sequenziamento del trascrittoma permette di confrontare l'espressione genica con i dati di sequenza noti nei database, e può essere utilizzato per isolare nuovi geni e studiare e approfondire le loro funzioni biologiche. La proteomica, con l'individuazione di nuove proteine può altresì, essere utilizzata per chiarire i fattori che controllano la regolazione dei geni. IL metaboloma, infine è il prodotto finale a valle della trascrizione genica e, quindi, i cambiamenti nel metaboloma sono amplificati rispetto ai cambiamenti nel trascrittoma e nel proteoma. La metabolomica offre una descrizione qualitativa e/o quantitativa di tutti i metaboliti prodotti nella pianta e può essere impiegata per investigare le relazioni tra specifiche condizioni fisiologiche e produzione di metaboliti.

In Cannabis le tecnologie omiche sono state e sono attualmente focalizzate principalmente sulla biosintesi di cannabinoidi e terpeni. I dati di sequenziamento in combinazione con l'approccio di genetica inversa, trascrittomica, proteomica e metabolomica hanno permesso di individuare i determinanti genetici coinvolti nella sintesi e nella funzione di questi composti (Massimino, 2017). Gli studi comparativi di genomica e/o trascrittomica hanno avuto lo scopo di spiegare il meccanismo principale che promuove la diversità chimica e la sua evoluzione in diversi genotipi (Gao et al., 2020, Ran et al. 2020). Inoltre, nonostante la rete di regolazione dei geni coinvolti nel controllo della qualità della canapa da fibra sia ancora per lo più sconosciuta a causa dell'elevato livello di variazione genotipica e fenotipica riscontrati, si è dimostrato come geni coinvolti nella sintesi delle gibberelline e geni del pathway biosintetico della lignina siano correlati alla qualità della fibra (Guerriero et al. 2017; Grassa et al 2018).

Editing del genoma
La tecnologia CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) che permette di correggere il genoma, inducendo modifiche nel DNA inserendo o togliendo una o poche basi ma anche intere sequenze (Doudna & Charpentier, 2014), rappresenta oggi il potenziale più concreto di poter aumentare la produzione dei metaboliti di Cannabis direttamente in pianta manipolando i geni candidati individuati con le tecniche omiche. Attualmente la ricerca è incentrata sulla tecnologia "CRISPR multiplexing" che permette l'inserimento simultaneo di più geni. Il focus in Cannabis è poter incrementare la sintesi di CBD, cannabinoide con attività terapeutica ed inibire la sintesi di THC, cannabinoide con effetti psicoattivi, creare cioè varietà "zero THC". Ugualmente si sta cercando di utilizzare la tecnologia CRISPR per il knock out dei geni della biosintesi della lignina per aumentare il livello di qualità della fibra, o promuovere lo sviluppo del sistema per l'ottenimento di piante da utilizzare in programmi di biorisanamento per la purificazione dei suoli da metalli pesanti. Esistono tuttavia, colli di bottiglia da superare come l'individuazione di appropriati sistemi di rigenerazione in vitro e di trasformazione per poter applicare con successo il sistema CRISPR/Cas e poter rivoluzionare ricerca di base e ricerca applicata in questa importantissima e preziosa pianta (Li et al 2022).

Patrizia Bogani
Università di Firenze

Fonti
Biotechnol. Equip. 31, 839-845.
Science, 346(6213), 1258096
Forensic Sci. Int. Genet. Suppl. Ser. 7, 370-372.
Hortic. Res. 7, 73
Sci. Rep. 7, 4961.
Plant Breed. 139, 42-64.
Agronomy, 12(10), 2439.
Plant J. 101, 237-248
Gcb Bioenergy 12, 213-222. Front. Genet. 11

TAG: GENETICA, CANNABIS, BIOTECNOLOGIA