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La science de la génomique du cannabis

Fernando Carzola

La génétique et la génomique avancées dans la recherche sur le cannabis.

La science de la « génomique » se réfère à l’étude biologique des génomes – englobant l’analyse de leur structure, de leur fonction, de leur évolution, y compris la cartographie et l’édition de ces composants. Un génome, qui est la totalité des gènes d’un organisme, peut être soumis soit à la génétique soit à la génomique – en notant la différence comparative entre les deux. Alors que la génétique consiste à examiner l’ADN de l’organisme (les gènes) et l’effet de l’héritage sur l’expression génomique, la génomique implique la caractérisation collective des gènes, la relation existant entre chaque gène et les effets de ces associations sur l’organisme.

Bien que la génomique implique plus classiquement l’analyse collective, sa fonctionnalité est également applicable à l’examen de l’effet d’un seul gène constitutif dans le contexte de son génome entier. La génomique, initiée par Fred Sanger et son équipe à la fin des années 1900, a atteint son objectif et a ouvert la voie à la première cartographie du génome humain dans les années 1990, puis à la publication de la séquence du génome humain en 2003.

Par la suite, d’autres avancées dans ce domaine ont permis de réaliser de multiples exploits en sciences de la vie, non seulement en anatomie (ou étude de l’homme) mais aussi en zoologie (étude des animaux) et en botanique (étude des plantes). En comprenant « ce qui constitue quoi », les chercheurs et les personnes chargées de résoudre les problèmes peuvent maintenant relever les défis auxquels sont confrontées les situations actuelles, comme l’étude de la séquence génomique du virus Sars-Cov-2 dans le but de trouver un vaccin contre les coronavirus.

GÉNOMIQUE DU CANNABIS

Dans le monde du cannabis, il existe une grande variété de cultivars de cannabis issus de l’hybridation de deux ou plusieurs des trois souches actuellement connues : Cannabis sativa, Cannabis indica et Cannabis ruderalis. La pléthore de mélanges, qui avant l’avènement de la génomique auraient été considérés comme impossibles, sont créés à partir de la cartographie et de la fusion de la séquence génomique de la souche parentale souhaitée pour identifier et mettre en évidence les traits favorables et créer un type entièrement nouveau.

La plante de cannabis sert économiquement de réservoir de fibres, de graines comestibles, d’huiles et de plusieurs produits phytochimiques (cannabinoïdes) uniques à la plante de cannabis. Des recherches ont été menées et il a été établi qu’à part le cannabis, aucune autre espèce botanique connue ne peut produire de cannabinoïdes, ce qui permet de conclure que les gènes nécessaires à leur formation sont propres au génome du cannabis. La classification générale du cannabis en marijuana et chanvre, basée sur sa capacité thérapeutique et psychotrope, est due principalement à sa teneur en THC et en CBD. Les chercheurs l’ont constaté par l’analyse moléculaire : ces deux composés proviennent d’une molécule précurseur commune, le CBGA (acide cannabigérique), mais se séparent au niveau du « commutateur » – la « THCA synthase » ou « CBDA synthase » – où la molécule précurseur se plie en produit final de la synthase dominante.

Depuis le milieu des années 1990, on se demande de plus en plus si un seul gène code les enzymes responsables de la conversion du CBGA en THC ou en CBD avec deux variantes ou deux gènes étroitement liés, ce qui a poussé les scientifiques à approfondir ce mystère avec la science de la génomique. Au début des années 2000, une équipe néerlandaise a croisé une plante de chanvre avec une plante de marijuana – Finola Hemp et Purple Kush ; l’examen de leur descendance a donné naissance aux cannabinoïdes mentionnés précédemment, contrôlés par un seul gène. Cette théorie a cependant été mise en doute après la publication du premier génome brut de cannabis utilisant la Purple Kush. En examinant la cartographie de sa séquence génomique, la Purple Kush, qui, si elle suit la théorie proposée, ne devrait avoir qu’une THCA synthase, avait des copies résidentes inopérantes de la CBDA synthase désactivées soit par un codon stop prématuré, soit par une forme non identifiée de mutation génétique. Ce phénomène sur la plante est resté inconnu jusqu’au développement de technologies avancées, permettant une meilleure expression de l’ancienne séquence « fragmentée » ; ce qui a permis de percer le mystère.

Les progrès de la génomique du cannabis ont mis en lumière la raison de la transformation d’un plant de chanvre en plante de marijuana – des analyses plus poussées du génome du cannabis ont montré des millions de codons d’ADN discrètement séparés en dix chromosomes, ayant tous des caractéristiques similaires, sauf le chromosome 6, qui contient les deux synthases (« THC synthase » et « CBD synthase »), séparées par environ 20 millions de nucléotides. Dans certaines conditions, les rétroéléments – molécules qui possèdent la capacité d’évoluer elles-mêmes et de transformer d’autres gènes – sur le chromosome 6, mutent, dupliquent et modifient la structure d’autres gènes, transformant ainsi la séquence entière.

LES AVANTAGES DE LA GÉNOMIQUE DU CANNABIS

La possibilité d’analyser de manière prospective les races finales grâce à la génomique a soulagé les éleveurs de chanvre, en particulier ceux des zones sans THC (tolérance zéro à la marijuana). Cet avantage vaut également pour les zones plus tolérantes à la marijuana, car les cultivateurs et les sélectionneurs peuvent désormais s’efforcer de développer de nouveaux cultivars améliorés.

La génomique a également contribué à la synthèse artificielle de cannabinoïdes rares. La recherche expérimentale menée par l’infusion d’un gène dupliqué du chromosome 6 dans une cellule de levure a permis de libérer un cannabinoïde anti-inflammatoire rare, le cannabichromène (CBC), qui présentait une similarité de 96 % avec la THCA synthase au niveau de l’ADN et de 93 % au niveau des protéines, mais sans capacités psychotropes.

Lorsqu’elle est utilisée en tandem avec d’autres technologies connexes, la génomique est efficacement applicable dans les contrôles de pureté et de cohérence de la qualité. Un exemple de cette intégration est l’empreinte digitale du cannabis Purity-IQ, qui utilise la génomique pour déterminer l’identité et l’hérédité du cannabis, et la résonance magnétique nucléaire pour déterminer la pureté et la consistance du produit au niveau moléculaire.

En résumé, un examen et un assemblage précis de la structure génomique du cannabis améliorera les programmes de sélection moléculaire en permettant un contrôle favorable du rendement, du temps de floraison, de la résistance aux parasites et de l’expression des cannabinoïdes, sans oublier qu’il permettra de mieux comprendre des phénomènes inexpliqués et rares, comme l’hermaphrodisme et l’apomixie.

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