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TOUT SUR LE GÉNOME DU CANNABIS

Le marché du cannabis présente un potentiel économique immense. Il n’est donc pas étonnant que des chercheurs s’efforcent de décrypter le génome de cette plante. En effet, identifier les gènes responsables de la synthèse des cannabinoïdes de la résistance aux agents pathogènes ou de la morphologie des plantes permettrait aux breeders de créer de nouvelles variétés “sur mesure”. Hélas, au contraire de nombreuses autres plantes, le cannabis n’a pas encore livré tous les secrets de son génome. Il reste donc encore du travail pour parvenir à un décryptage complet de l’ADN du cannabis.

Comment le génome du cannabis impacte la production de cnnabinoïdes

Dr Gary Yates, associé de recherche en sciences végétales chez PharmaSeeds, a déclaré à Seedsman que “le décryptage du génome du cannabis prend du retard, entre autres, parce que beaucoup de sociétés gardent leurs informations en interne, et parce que les informations accessibles au public ne sont pas toujours claires”.

En conséquence, “il est difficile de comprendre quels gènes influencent les enzymes responsables de la productions de certains composés, tels le THC et la CDB.”

Cependant, les pièces du puzzle se mettent lentement en place. En effet, au début des années 2000, les scientifiques se trouvaient encore face à un tas de pièces de puzzle non triées, sans vraiment savoir par où commencer. Leur premier défi consista à identifier les mécanismes génétiques à l’origine de la production des cannabinoïdes.

À cette époque, on savait déjà que l’acide tétrahydrocannabinolique (THCA) et l’acide cannabidiolique – les précurseurs du THC et du CBD – étaient produits à partir d’un précurseur commun, l’acide cannabigérolique (CBGA). Cependant, on ne savait pas encore si les enzymes permettant la création du THCA et du CBDA étaient codées par un gène avec deux variantes, ou par deux gènes complètement différents. Les premières tentatives de décodage du génome du cannabis semblaient suggérer qu’un seul gène était responsable de la production de THC et de CBD. Mais, une étude plus approfondie, publiée en 2011, jeta le doute sur cette théorie.[i]

Il aura fallu attendre 2018 pour trouver le fin mot de cette histoire. Des chercheurs ont alors eu recours à une technique de séquençage de nouvelle génération (appelée séquençage à molécule unique). Capable de générer de longues lectures non fragmentées de l’ADN, cette méthode permis de générer la première carte complète du génome de la Purple Kush. Parue dans la revue Genome Research [ii], cette étude a réussi à organiser l’ADN de la plante en dix chromosomes. C’est le chromosome six qui contient les gènes codant de l’enzyme appelée THCA synthase – la molécule responsable de la production de THCA. Il est donc particulièrement intéressant. Sur le même chromosome, mais quelque 20 millions de nucléotides en aval, un second gène est, quant à lui, responsable du codage de la CBDA synthase. Pour le dire autrement, l’étude a prouvé que les enzymes responsables de la synthèse du THC et du CBD étaient codées par des gènes distincts.

Pourquoi le chanvre contient-il des traces de THC ?

Bien que cette découverte représente un énorme pas en avant dans notre compréhension du génome du cannabis, elle soulève une question importante : si le THC est codé par son propre gène, et si les génétiques de chanvre sont spécifiquement sélectionnées pour être dépourvues de ce gène, pourquoi la plupart des variétés de chanvre contiennent des traces de THC ? Cette constatation suggère que ce cannabinoïde demeuré synthétisé en faibles quantités, même en l’absence du gène responsable de la THCA synthase.

La solution à cette énigme pourrait se trouver dans un article soumis en 2020 mais qui n’a pas encore été revu par des pairs. En séquençant les génomes de 42 génétiques de cannabis, ses auteurs ont constaté que de nombreuses plantes cultivées sans THC synthase contenaient un groupe de gènes codant une enzyme appelée acide cannabichroménic synthase. Bien que la fonction principale de cette enzyme soit de produire le cannabinoïde non psychoactif cannabichromène (CBC), le fait qu’elle partage 96 % de son code génétique avec la THC synthase pourrait lui permettre de produire de petites quantités de THCA comme sous-produit.[iii]

Le génome du cannabis et la résistance aux agents pathogènes

La résistance aux agents pathogènes est une question complexe à traiter. En effet, de nombreux gènes différents peuvent jouer un rôle dans la protection des plantes. Cela dit, ces dernières années, les scientifiques ont bien avancé dans l’identification des facteurs qui confèrent une résistance à un ennemi bien connu des cultivateurs de cannabis : l’oïdium.

Plusieurs gènes susceptibles d’augmenter la sensibilité d’un organisme au champignon ont déjà été identifiés dans diverses espèces de plantes. Ils ont été nommés MLO (Mildew Resistance Locus O). La suppression de ces gènes, soit par mutations, soit par sélection, rend les plantes extrêmement efficaces dans la lutte contre l’agent pathogène. Les généticiens cherchent donc à localiser les MLO dans le génome du cannabis. Dans l’étude préliminaire susmentionnée, 24 LMO différents ont été identifiés au sein des 42 génétiques analysées.Sans surprise, les variétés connues pour leur résistance à l’oïdium étaient dépourvues de ces MLO.

Mais l’histoire ne s’arrête pas là. En effet, on a découvert d’autres facteurs impliqués dans la protection du cannabis contre les nuisibles. Par exemple, les molécules appelées protéines de type thaumatine (TLP) augmentent la résistance à certains pathogènes, notamment chez le raisin ou le houblon. D’ailleurs, les variétés de cannabis dépourvues des gènes codant les TLP sont plus sensibles que les autres à l’oïdium.

De plus, on a découvert que certains des gènes responsables de la synthèse des cannabinoïdes jouaient un rôle dans la résistance aux agents pathogènes. Par exemple, le groupe de gènes à l’origine de la CBCA synthase semble contenir des traces d’ADN anti-viral. Les plantes exemptes de CBCA se distinguent donc par leur faible résistance.

Malgré les progrès scientifiques, notre compréhension du génome du cannabis demeure incomplète. Concernant les recherches futures, Dr. Yates explique que “le cannabis suit la détermination du sexe XY, comme les humains, mais personne n’a encore cartographié les chromosomes X et Y, ce qui constitue une prochaine étape de notre travail”.

Vu l’intérêt croissant pour le génome du cannabis, les nombreux mystères qu’il réserve encore ne devraient pas tarder à s’éclairer. Croisons les doigts.

[i] Van Bakel H, Stout JM, Cote AG, Tallon CM, Sharpe AG, Hughes TR, Page JE. The draft genome and transcriptome of Cannabis sativa. Genome biology. 2011 Oct;12(10):1-8. – https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/gb-2011-12-10-r102?utm_source=xmol&utm_medium=display&utm_content=article_highlight&utm_campaign=BSCN_1_JG02_CN_GBIO_20Years_AH_paid_display_XMOL

[ii] Laverty KU, Stout JM, Sullivan MJ, Shah H, Gill N, Holbrook L, Deikus G, Sebra R, Hughes TR, Page JE, Van Bakel H. A physical and genetic map of Cannabis sativa identifies extensive rearrangements at the THC/CBD acid synthase loci. Genome research. 2019 Jan 1;29(1):146-56. – https://genome.cshlp.org/content/29/1/146.full

[iii] McKernan KJ, Helbert Y, Kane LT, Ebling H, Zhang L, Liu B, Eaton Z, McLaughlin S, Kingan S, Baybayan P, Concepcion G. Sequence and annotation of 42 cannabis genomes reveals extensive copy number variation in cannabinoid synthesis and pathogen resistance genes. BioRxiv. 2020 Jan 1. – https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.01.03.894428v1.full

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