Se avecinan avances en el cultivo para una planta de cannabis más uniforme'

La mejora genética de las semillas, la iluminación sintonizable y otros nuevos descubrimientos científicos están abriendo camino en lo que se ha convertido en una industria puntera en agrotecnología.

En el mundo del cultivo de cannabis están ocurriendo muchas cosas hoy en día, muchas de las cuales están impulsando un estudio más profundo sobre cómo controlar la planta a lo largo de su ciclo de cultivo y trabajar con la genética para producir de forma fiable la misma planta con los mismos efectos cultivo tras cultivo. Los métodos para lograr la estandarización y la uniformidad están impulsando nuevos descubrimientos.

Esta columna de "Innovaciones tecnológicas" examinará nuevas ideas en el cultivo, como la gestión de los problemas de moho y hongos a través de la genética, el mantenimiento de las instalaciones de cultivo a salvo de patógenos, nuevas ideas de iluminación que no utilizan electricidad y una mejor comprensión de la edición del gen de la semilla de cannabis.

Por lo general, las plantas de cannabis se cultivan a partir de clones (esquejes de plantas hembra) que producen un producto uniforme. Pero esto plantea problemas. "Algunas de las cosas realmente negativas del cultivo a partir de clones es la transmisión de plagas y patógenos", afirma Nathaniel Pennington.

Pennington es el fundador y director general de Humboldt Seed Company. Es un antiguo productor de cannabis heredado, ahora científico y criador. "Esa transmisión es probablemente lo peor de la propagación clonal. Puedes prescindir de los pesticidas y cultivar un cannabis realmente bueno si empiezas limpio con las semillas."

La semilla es básicamente el cultivo de tejidos de la naturaleza, explicó, y es la forma más limpia y estéril de compartir tejido vegetal vivo. "La semilla en sí es una nueva vida que no lleva consigo, en el 99% de los casos, un virus u otro patógeno que pueda proceder de una planta madre de la que se obtienen clones", explicó Pennington.

Humboldt Seed Company ha desarrollado una forma de obtener semillas de cannabis feminizadas, trabajando con un equipo de consultores en genómica y cría de la Universidad de California-Davis para desarrollar un método propio de cría de semillas feminizadas (1). La empresa está realizando una secuenciación completa de distintas variedades de cannabis. "Y ahora mismo, estamos haciendo cría asistida por marcadores con autoflorecientes", dijo Pennington. "Es útil poder determinar rápidamente si una planta ha heredado un determinado rasgo o no antes de tener que cultivarla a término para que florezca. Así que la reproducción asistida por marcadores y la anotación del genoma son las piezas importantes de nuestro rompecabezas en este momento".

Humboldt y otras empresas de semillas están recibiendo una ayuda con más descubrimientos en el horizonte, como los resultados procedentes de los proyectos en curso de la Fundación de Genómica Agrícola (2), que trabaja en colaboración con la Iniciativa de Investigación Genómica del Cannabis (CGRI) para cartografiar el genoma del cannabis y los detalles genéticos de la planta.

Uno de los proyectos del CGRI (3) es un mapa genético de altísima densidad del cannabis. "La secuenciación del genoma completo es cada vez más accesible incluso para empresas como la nuestra que no están muy capitalizadas", afirmó Pennington.

Edición del gen de la semilla de cannabis

La que al parecer (4) es la primera vez que una empresa comercial lleva a cabo la edición del genoma de una planta de cannabis fue anunciada por la startup israelí CanBreed, que trabaja en unas instalaciones de 12.000 pies cuadrados para la prueba de semillas, y en una granja de 45.000 pies cuadrados para pruebas y producción de semillas (5).

La edición genética de la semilla se realizó mediante la tecnología de edición genética CRISPR-Cas9 (6), diseñada para hacer la planta resistente al moho. CRISPR/Cas9 edita genes cortando con precisión el ADN y dejando que los procesos naturales de reparación del ADN tomen el relevo.

El objetivo de la empresa es crear y luego vender semillas de cannabis (denominadas híbrido F1 [7]) que tengan un rasgo de resistencia al oídio y, con suerte, utilizar la misma tecnología para editar genes adicionales con el fin de mejorar otros rasgos de la planta.

Ido Margalit es agrónomo, ex director general de la empresa de dispositivos médicos Syngenta y cofundador de CanBreed. "Lo que hay en el sector del cannabis es una falta de estandarización y uniformidad", afirma. "La planta de cannabis se cultiva a partir de un clon. La genética no se ha estabilizado. Si no se estabiliza la genética de una planta, no se puede reproducir a partir de semillas. Porque eso significa que todas y cada una de las semillas de una planta son genéticamente diferentes. Para obtener una planta estable, una semilla uniforme estable, hay un proceso que lleva de 3 a 4 años. Y nadie ha aplicado esos conocimientos, que son muy comunes en la industria de las semillas, a las semillas de cannabis", afirmó.

Los tomates y otros cultivos han desarrollado resistencia al mismo tipo de mildiu que afecta al cannabis, explicó. "Lo que hemos hecho es examinar los genes que tienen estas plantas resistentes al mildiu y preguntarnos si el cannabis tiene el mismo gen. La respuesta es sí. El cannabis es un cultivo agrícola más. No difiere de la mayoría de los demás cultivos. Una planta es una planta".

Ayuda a la industria del cáñamo

CanBreed también cuenta con una filial estadounidense que explota una granja de producción de semillas de cáñamo de 140.000 pies cuadrados.

Su trabajo de edición genética en el cannabis incluye la semilla de cáñamo en un proceso para ayudar a los cultivadores de cáñamo a mantener un nivel legal de tetrahidrocannabinol (THC) en sus plantas de cáñamo. Según un estudio, los niveles de THC pueden "calentarse" como resultado de una mala genética (8). "Hemos identificado y editado el gen que controla la cantidad de THC", dijo Margalit. "Y vamos a llevarlo a EE.UU. a finales de 2022. Es la primera semilla de cáñamo uniforme y estable que tiene cero capacidad genética para expresar THC."

Margalit también distingue entre la edición genética de semillas que él realiza y los organismos modificados genéticamente (OMG). Aunque los OMG están presentes en muchos de los alimentos que consumen los humanos, la mayoría de los cultivos modificados genéticamente que se cultivan en Estados Unidos se destinan a la alimentación animal. Pero hay otros usos. Por ejemplo, la ingeniería genética, que es el proceso utilizado para crear OMG, se utilizó por primera vez para fabricar insulina humana, un medicamento utilizado para tratar la diabetes (9).

"Un OMG es la expresión de un gen extraño", afirma Margalit. "En la edición genética de semillas no introducimos ningún material extraño en la planta. Alteramos un gen determinado que está en la planta. Sabemos que si se elimina ese gen, el gen deja de funcionar como debería. Una vez que alteras la función, obtienes la resistencia (al mildiu)".

¿Puede la edición genética convertirse en un medio para obtener siempre una planta de cannabis idéntica? Pennington tiene su opinión al respecto: "Se necesita tanto para alterar el cultivar o la cepa específica para heredar, una y otra vez, esta resistencia al oídio", dijo. "El mercado es tan voluble ahora mismo que no estoy seguro de que el hecho de que algo sea resistente al oídio sea el principal argumento de venta del cannabis".

David Kessler, director científico de Agrify, un proveedor de soluciones para el cultivo de cannabis, dijo que hay "docenas y docenas de personas intentando hacer esto" -estabilizar el gen de la semilla- porque es "algo muy importante".

"Cuando voy a Home Depot y compro un paquete de semillas de tomate, 99 de cada 100 de esos tomates van a crecer del mismo tamaño al mismo ritmo, y producirán un tomate bastante homogéneo. Va a ser lo que llamamos estabilizado. Donde estamos con el cannabis es que la semilla está por todas partes. Es representativa de un genoma muy diverso. Así que si cultivo 10 semillas, es muy probable que tenga 10 expresiones fenotípicas y quimiotipicas diferentes, aunque técnicamente procedan de la misma madre".

Más herramientas

Cada vez se utilizan más herramientas y dispositivos en las operaciones de cultivo de cannabis en interior, a medida que se investigan otras fuentes de nuevas tecnologías. Uno de estos dispositivos es el Blue Zone, de Agrify. Es un dispositivo de estilo militar para reducir los olores y acabar con el moho y las bacterias.

La Zona Azul funciona haciendo circular aire a través de una cámara de reacción diseñada para destruir patógenos. Los compuestos químicos que crean olores se oxidan, mientras que las esporas de moho y la botritis (un hongo común en exteriores) son atraídas por una luz ultravioleta autónoma que las mata al instante (10). "La tecnología se desarrolló a principios de la década de 2000 para el ejército estadounidense, y actualmente está instalada en todos los portaaviones del país", explica Kessler. "Lo interesante, sin embargo, es que la aplicación original no era para la bioseguridad o la seguridad humana. Se debía a que el producto era capaz de destruir el etileno, un gas que se genera durante la maduración de los productos. Así que con él pudieron alargar bastante la vida útil de frutas y verduras para los soldados".

Los cultivadores están prestando más atención a la bioseguridad de sus cultivos, según Kessler. "El cannabis es una de las materias primas agrícolas de mayor valor por peso", dijo. "Así que, por supuesto, quieres hacer todo lo que esté en tu mano para evitar problemas o abordarlos si los tienes".

Cada Blue Zone individual es plug and play, dijo, lo que significa que un operador de cultivo puede literalmente ponerlo en una mesa, conectarlo, encenderlo, y controlará 15.000 pies cúbicos de espacio de aire para patógenos. "También hará que el aire sea más limpio y saludable para los empleados. Y creo que no hay que infravalorarlo", afirma Kessler. "Creo que si puedes cuidar de tu equipo, ellos cuidarán bien de tus instalaciones, y entonces todos ganamos juntos".

Nanotecnología y cannabis

Otra nueva tecnología que se está aplicando al cultivo de cannabis es el punto cuántico, que es una partícula semiconductora de tamaño nanométrico. Los puntos cuánticos se utilizan mucho por sus propiedades ópticas únicas, ya que emiten luz de longitudes de onda específicas si se les aplica energía.

Estas longitudes de onda de la luz pueden ajustarse con precisión cambiando diversas propiedades de la partícula, como la forma, la composición del material y el tamaño (11).

UbiQD, una empresa de materiales avanzados, ha creado su producto UbiGro, que utiliza películas luminiscentes con nanotecnología de puntos cuánticos para manipular la luz solar sin electricidad. UbiGro permite manipular la luz solar para mejorar la eficiencia fotosintética y aumentar la producción de frutas y flores. Los puntos cuánticos de UbiGro desplazan una parte de la luz ultravioleta y azul hacia el rojo porque el aumento de la luz roja mejora la absorción de la clorofila.

"Lo describimos como una capa de luz que ayuda a las plantas a obtener más del sol", explica Hunter McDaniel, fundador y consejero delegado de UbiQD (12). "Se basa en la idea que ha ido madurando a lo largo de los años sobre el impacto de la calidad de la luz en la salud y la productividad de los cultivos, que es igual de importante que la cantidad de luz. Los cultivadores se han centrado en gran medida en la cantidad, especialmente en la industria del cannabis."

Aparte de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) (13), en general se piensa que los fotones son inútiles para la fotosíntesis, explicó. "Ésa era la antigua forma de pensar. Y luego, dentro de la potencia, de 400 a 700 nanómetros, la luz es realmente PAR. Pero no todos los fotones son iguales para la fotosíntesis", dijo.

El Dr. Keith McCree, investigador de Texas A&M, fue pionero en los trabajos sobre iluminación en 1970 con la curva de McCree (14), que se ha utilizado para proporcionar un medio de establecer las selecciones óptimas de longitudes de onda y proporciones espectrales para diferentes cultivos. Se trata de un diagrama de 22 cultivos de cereales, semillas oleaginosas y hortalizas (incluidos melón, trébol, algodón, lechuga, tomate, calabaza, pepino y soja) en el que examinó la eficiencia fotosintética en función del color.

El objetivo de las mediciones era "proporcionar una base factual para una definición estándar de la radiación fotosintéticamente activa".

La luz roja es un 30%, o incluso un 50%, más eficaz que la verde, y entre un 20% y un 30% más eficaz que la azul, en comparación fotón a fotón, según McDaniel. "Así que si se pudiera dar a las plantas más luz roja, serían más productivas", añadió.

Además de cambiar el color, UbiGro también proporciona más luz difusa a la planta. "Al difuminar la luz, puede llegar más luz a la parte inferior de la copa, más luz a toda la planta", explica McDaniel.

Las plantas han evolucionado para percibir la estación en parte por el color, porque el sol se sitúa más bajo en el cielo a medida que avanza la estación. "El espectro es más rojo. En la comunidad cannábica se sabe que una mayor cantidad de luz roja puede ayudar a desencadenar la floración", explica McDaniel. "Pero en la primera etapa de crecimiento, si se da a las plantas más luz azul, se les hace pensar: 'Eh, es verano. Necesito crecer grande y alta'. Luego, con la luz roja, piensan: 'Tengo que empezar a preocuparme por el invierno. Se acerca el invierno. Tengo que empezar a reproducirme". Los frutos y los brotes son la forma que tiene la planta de sobrevivir al invierno", explica McDaniel.

Con UbiGro, el cultivador engaña a la planta para que piense que ha llegado el momento de hacer lo que el cultivador quiere que haga. "Tendemos a centrarnos más en la productividad de la planta, lo que significa flores, frutos, cogollos, y eso se puede activar con más luz roja".

"El cannabis es un cultivo complicado de cultivar", afirma McDaniel. "Es un sector difícil de abordar porque hay mucha incertidumbre normativa y variaciones entre los estados, y una especie de ciclo de auge y caída. Es una planta que requiere mucho capital, mano de obra y energía. Así que la rentabilidad no es tan grande como cabría esperar. Usted ve que es 1000 veces más valioso por libra que los tomates, por lo que debe ser 1000 veces más lucrativo ¿verdad? Pues ahora también cuesta mucho más producirlo".

McDaniel cree que el cannabis puede ser un mercado de punta de lanza -un primer mercado- para las nuevas tecnologías. Explicó que el sector del cannabis también está muy abierto a la tecnología. "Creo que está en su ADN probar cosas nuevas y ser un poco más inconformistas ", afirma.

"Los alimentos y el cannabis se reúnen en el invernadero. La industria del cannabis está saliendo de la oscuridad, del almacén y entrando en el invernadero. La industria alimentaria está saliendo del campo para entrar en el invernadero", añadió McDaniel. " Yahora colaboran en el invernadero, así que la industria de los invernaderos está en pleno auge porque viene de ambos lados. Nosotros contribuimos a ello".

Conclusión

El problema constante del cannabis que los genetistas de semillas tienen que comprender es que ha sido cultivado por el ser humano durante miles de años. Es difícil descifrar los orígenes de la planta y la verdadera genética de la semilla. "Afortunadamente, todavía existen poblaciones silvestres de cannabis que se autorreproducen o autosiembran cada año", afirma Pennington.

Peregrinó a Jamaica en busca de las variedades que allí se cultivaban, como Lamb's Bread (también conocida como Lamb's Breath, con una línea endogámica original que se remonta al rey Salomón [15]). "Por desgracia, lo que descubrimos fue que casi habían desaparecido de toda la isla. Íbamos a esos lugares comunes donde se cultiva cannabis y preguntábamos si tenían alguna de esas semillas de las antiguas cepas jamaicanas. Y nos decían 'No sé nada de eso'. Pero tenemos semillas de OG Kush . Tenemos semillas de Sour Diesel ", explica Pennington.

Dijo que está buscando a alguien por ahí que le gustaría aplicar para trabajar en una propuesta de subvención en California con Humboldt Seed Company para iniciar una organización sin fines de lucro y ayudarles a iniciar una instalación de almacenamiento criogénico de semillas de cannabis. "Lo que buscamos es una forma de predecir, digamos con 10.000 semillas, exactamente qué aspecto van a tener, cómo van a oler y qué tamaño van a alcanzar cuando florezcan", dijo Pennington.

Kessler afirmó que, ante todo, las empresas que trabajan en la tecnología puntera para el sector tienen que tener en cuenta que el cannabis lleva 100 años de retraso con respecto a cualquier otro cultivo agronómico moderno. "No ha sido legal, por lo que las universidades no han trabajado con él. La información que tenían los cultivadores heredados estaba muy bien guardada y no era científica. Y al mismo tiempo, proviene de un grupo de personas donde hay pruebas de recopilación de datos. Por lo tanto, había muchos conocimientos no institucionalizados", explica. "Estaba disperso, era circunstancial, no seguía el proceso científico. Ahora bien, eso no devalúa la información, no hace que sea errónea. Sólo hace que no sea sostenible o fundamentable".

Según McDaniel, una lección que ha aprendido sobre la industria es la gran variedad que existe. "Es una gran industria. Es de esperar que haya cierta variedad. Pero basta con entrar en un invernadero tras otro para darse cuenta de que hay tantas técnicas de cultivo y estructuras diferentes, así como distintos tipos de materiales y de cubiertas. No hay dos invernaderos iguales. Pero también significa que tenemos que colaborar con el cultivador, bajar allí, ensuciarnos las manos y estar con ellos en el terreno, por así decirlo, en el invernadero. Y pasar mucho tiempo con ellos, lo cual es estupendo".

Referencias

1. https://humboldtseedcompany.com/feminized-seed-information/.
2. https://agriculturalgenomics.org.
3. https://agriculturalgenomics.org/research/.
4. https://www.timesofisrael.com/israeli-startup-says-it-has-edited-cannabis-plant-gene-for-fungus-resistance/.
5. http://www.can-breed.com/page3.html#content4-c.
6. http://www.crisprtx.com/gene-editing/crispr-cas9.
7. http://www.can-breed.com/page4.html.
8. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcbb.12667.
9. https://www.fda.gov/food/agricultural-biotechnology/gmo-crops-animal-food-and-beyond.
10. https://www.agrify.com/bluezone-cannabis-air-scrubber.
11. https://avantama.com/what-is-a-quantum-dot/.
12. https://ubiqd.com/vision/.
13. https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/photosynthetically-active-radiation.
14. https://www.vegenaut.com/pl/.wp-content/uploads/sites/2/2017/07/PPFD_essential_article.pdf.
15. https://oldschoolba.com/product/lambsbread/.