La poliploidía en el cannabis: primeras observaciones

Proyecto de I+D de Buddha Seeds

En Buddha Seeds  siempre nos hemos sentido atraídos por la poliploidía y por la posibilidad de aplicar este fenómeno en la mejora del cannabis medicinal. La mayoría de estudios realizados al respecto, se han enfocado en la mejora de las propiedades industriales del cáñamo y aunque existe algo de bibliografía, prácticamente se desconoce cómo la poliploidía puede afectar a características deseables para su uso medicinal. En Buddha Seeds hace tiempo que apostamos por la ploidía como herramienta para abordar aspectos como el aumento de cosecha, el incremento en la producción y proporción de alcaloides,  la obtención de plantas estériles incapaces de producir semillas, o la de plantas más resistentes a estreses abióticos y bióticos. Con este fin hemos desarrollado un programa de obtención de plantas poliploides de cannabis medicinal y queremos avanzar algunos resultados que hemos obtenido con el ánimo compartirlos y de arrojar un poco de luz sobre muchos de los mitos y especulaciones que circulan en torno a este tipo de plantas.

 ¿Qué es la poliploidía?

La poliploidía es la variación o cambio en el número cromosómico característico de una especie. Los organismos normalmente son diploides (2X), lo que significa que poseen dos juegos cromosómicos completos. Aquellos que son poliploides tienen un número mayor, pudiendo existir individuos triploides (3X), tetraploides (4X), etc. Este fenómeno se ha dado de forma natural a lo largo de la evolución tanto en animales como en plantas, pero es en estas últimas donde se ha producido con mayor frecuencia, concretamente en angiospermas (plantas con flores). De hecho, sin los eventos naturales de poliploidía las plantas florales no existirían tal y como las conocemos, ya que gracias a ella las angiospermas han sido capaces de desarrollar nuevas y mejores funciones provocando en muchos casos el desplazamiento de sus antecesoras diploides. Como hemos mencionado, la poliploidía es un fenómeno natural pero también puede inducirse de forma artificial por medio de agentes químicos o por medio del cultivo in vitro. Estas tecnologías han sido utilizadas con éxito en la mejora y obtención de numerosas especies agrícolas y ornamentales que al aumentar su nivel de ploidía han adquirido o incrementado propiedades agronómicas asociadas a cambios morfológicos, gigantismos, esterilidad y  ausencia de pepitas en fruto, aumento de metabolitos o una mayor adaptación al medio. El fresón, la sandía, los cítricos, los manzanos, los crisantemos, los pensamientos o las dalias, son algunos ejemplos.

Buddha Seeds: Programa de desarrollo de poliploides

En Buddha Seeds hemos desarrollado un programa de obtención de poliploides para la mejora del cannabis de uso medicinal, del cual hemos ido aportando cierta información con publicaciones en foros como ICMAG. Nuestro equipo de investigación y desarrollo, formado por un biólogo, un ingeniero agrónomo y un doctor en biotecnología, ha obtenido plantas tetraploides (4n) y triploides (3n) de distintas variedades en su versión regular y en su versión autofloreciente. Actualmente, estamos realizando una caracterización biológica muy detallada, comparando estas plantas con sus homólogas diploides, cuyo resultado publicaremos en un futuro, pero nos parece interesante adelantar algunos resultados preliminares que observamos.

Una característica que tienen en común la mayoría de especies vegetales que han visto aumentada su dotación cromosómica es lo que se denomina el fenótipo “giga” que se manifiesta como un aumento de tamaño de todos sus órganos y un oscurecimiento generalizado de las hojas. Nosotros podemos confirmar que el cannabis tetraploide sufre este fenómeno ya que observamos gigantismos a nivel celular, a nivel tejido y a nivel órgano. También podemos confirmar un cambio de color en hojas que viran hacia tonalidades más oscuras. Otra característica que hemos observado es un mayor vigor en su crecimiento vegetativo. Respecto a las plantas triploides parece que el fenotipo giga no es tan pronunciado como en tetraploides, siendo más parecidas a sus homologas diploides. Sin embargo, a diferencia de estas, las plantas triploides son prácticamente estériles e incapaces de producir semillas como confirman nuestros primeros ensayos.

A continuación os describimos estas observaciones generales con más detalle.

Semillas

Los cultivadores que estén familiarizados con la obtención de semillas sabrán que su tamaño está directamente relacionado con la variedad y pese a que siempre existe cierta variabilidad intravarietal, las diferencias entre variedades de semillas grandes y variedades de semillas pequeñas son claramente visibles. De igual manera, hemos observado que las semillas tetraploides son claramente más grandes que sus homólogas diploides y estas diferencias ya son apreciables en los primeros estadíos de su formación a los pocos días de la fecundación de la flor.

Donde se pueden ver mayores diferencias morfológicas es en las hojas, sobre todo, durante su etapa vegetativa. En ellas observamos dos aspectos:

1. Tamaño: Las hojas son mucho mayores y al tacto se aprecia que son más gruesas, y con una textura diferente. Hemos constatado un mayor crecimiento durante las primeras semanas tras su germinación y durante todo el crecimiento vegetativo se observa la formación hojas muy grandes. Durante la etapa de floración la masa foliar es muy alta, lo que creemos que garantiza un rendimiento fotosintético muy alto, repercutiendo de forma muy positiva a la hora de formar y madurar los cogollos.
2. Coloración: Las plantas tetraploides adquieren tonalidades más intensas y oscuras que sus homólogas diploides en mismas condiciones de cultivo lo que sugiere que estas plantas tienen mayores contenidos en clorofilas. Tenemos previsto analizar el contenido de clorofila en hojas para corroborar esta hipótesis.

Foto de cromosomas:

Tinción de cromosomas de ápice radicular. Las células diploides de Cannabis sativa poseen 20 cromosomas mientras que las células tetraploides tienen 40. En la foto se pueden apreciar dos cosas: (1) El mayor tamaño de las células tetraploides y (2) la doble dotación cromosómica que poseen.

Foto del tamaño celular:

Visualización microscópica del tallo. La foto muestra la organización celular que tiene la cara externa del tallo en Cannabis sativa. El tamaño de las células tetraploides es mucho mayor que el de sus homólogas diploides. Nuestras primeras observaciones sugieren que las células no solo son más grandes sino que además albergan un mayor contenido de orgánulos celulares como son las mitocondrias y los cloroplastos. Estamos realizando estudios de microscopía para confirmar este hecho.

Foto de los estomas:

Preparación microscópica foliar. Visualización de los distintos tamaños de estomas en función de sus grados de ploidía. Los estomas son poros epidérmicos localizados principalmente en las hojas que las plantas pueden abrir o cerrar para controlar la pérdida de agua y el intercambio gaseoso con el medio (oxígeno y dióxido de carbono). Hemos observado que en las tetraploides hay una menor densidad de estomas en la superficie foliar pero su tamaño es mucho mayor. ¿Qué ventajas puede dar esta diferencia en el número y tamaño de estomas? Está siendo objeto de estudio.

Esterilidad de plantas triploides

En la foto se muestra las semillas producidas por una planta tetraploide y una planta triploide tras ser polinizadas por un mismo macho diploide. Este resultado confirma que el cannabis triploide es prácticamente estéril indicando que la siembra de este tipo de planta garantiza unos cogollos sin semilla con independencia de la presencia de un macho en las proximidades. La infertilidad de las plantas triploides se debe a que su dotación cromosómica es impar lo que provoca la formación de  gametos inviables debido a una incorrecta migración de los cromosomas durante el proceso de  meiosis. Sin embargo, raramente este suceso se da con éxito y se producen gametos haploide viables siendo esta la causa de la obtención de algunas pocas semillas al fecundar una triploide. Podemos confirmar este hecho ya que hemos comprobado que las pocas semillas obtenidas son viables y el análisis de su ploidía indica que son diploides.

Los datos aportados en este post son fruto de un extenso trabajo realizado dentro del programa de obtención de poliploides para la mejora del cannabis medicinal que estamos desarrollando en Buddha Seeds. Somos conscientes de que son resultados preliminares pero nos parece relevante comunicarlos, ya que al estar basados en datos empíricos y no en hipótesis teóricas amparadas en otros estudios o en las características de otras especies vegetales poliploides, nuestros resultados son objetivos. Este hecho nos permite dejar de emplear el condicional en nuestras afirmaciones y poder corroborar o desmentir algunos rumores que circulan sobre este tipo de plantas. Todavía queda mucho camino por recorrer ya que el programa que estamos realizando es muy ambicioso en su conjunto, pero nos parece muy importante compartir el conocimiento que generamos con la comunidad cannábica a la cual invitamos para que nos acompañe en este apasionante viaje.