As plantas de cannabis não crescem todas da mesma maneira: algumas formam apenas flores femininas, outras desenvolvem flores masculinas e há ainda exemplares que apresentam ambos os tipos.
Para quem cultiva, esta diferença é decisiva, porque o sexo das flores influencia desde a qualidade da colheita até às estratégias de melhoramento e ao momento ideal de colheita.
Agora, cientistas identificaram um pequeno conjunto de genes que parece participar no controlo destes resultados.
A descoberta ajuda a explicar como a cannabis se desenvolve e mostra também que cannabis e lúpulo continuam a partilhar antigos genes do sexo associados à floração, milhões de anos depois de as duas espécies se terem separado.
O ADN por detrás do sexo das plantas
Numa faixa muito específica do cromossoma X da cannabis, o sinal que orienta o sexo da planta parece concentrar-se numa única região de ADN, bem delimitada.
Ao mapear a forma como as plantas herdaram características masculinas, femininas e mistas, Matteo Toscani, do University College Dublin (UCD), mostrou que três genes adjacentes surgiam, de forma consistente, associados a esses desfechos.
A mesma zona genética separa as plantas que produzem apenas flores femininas daquelas que apresentam ambos os sexos, esclarecendo como um único genoma consegue originar várias formas reprodutivas.
E como o efeito parece resultar de um bloco genético compacto - e não de um gene isolado -, o estudo aponta para um mecanismo coordenado, que ainda precisa de ser explicado em detalhe, incluindo o contributo de cada componente para o resultado final.
Como o sexo influencia as culturas
Na maioria das plantas com flor, as estruturas masculinas e femininas coexistem na mesma flor; na cannabis, porém, essa função costuma ser distribuída por plantas diferentes.
As fêmeas de Cannabis sativa têm dois cromossomas X, enquanto os machos, em regra, possuem um cromossoma X e um cromossoma Y, que inclui genes frequentemente associados à masculinidade.
Algumas linhas de cânhamo fogem a este padrão e conseguem produzir flores dos dois tipos na mesma planta - uma característica útil para melhoradores, mas difícil de gerir.
“Which of those genes determines whether a plant becomes male or female is unknown,” disse o autor sénior do estudo, Rainer Melzer, professor assistente no UCD.
Uma descoberta genética inesperada
Muita gente aprende que, em geral, é o cromossoma Y que determina a masculinidade; neste caso, porém, o sinal relevante na cannabis estava no cromossoma X.
As evidências apontaram para uma pequena região do cromossoma X - e não para o cromossoma Y - contrariando a expectativa comum baseada em humanos e em muitos animais.
“We were quite surprised,” afirmou Toscani. O achado encaixou em trabalhos anteriores sobre cânhamo do tipo fibra e levou a equipa a procurar genes activos numa fase anterior, antes de as flores se tornarem visivelmente masculinas ou femininas.
Três genes a actuar em conjunto
Dentro de 60,000 letras de ADN, a equipa destacou CsREM16, lncREM16 e CsKAN4 - três genes com padrões de actividade distintos.
O CsREM16 mostrou actividade em plantas femininas e em plantas mistas, enquanto o lncREM16 apareceu sobretudo em amostras masculinas e poderá bloquear sinais associados ao desenvolvimento feminino.
Nas plantas com flores mistas, observou-se menor actividade de CsKAN4; esta alteração pode enfraquecer o controlo hormonal que normalmente favorece o desenvolvimento feminino.
Em vez de um único gene a funcionar como interruptor, o que se vê é um sistema em que a actividade combinada de três genes parece empurrar as plantas para diferentes formas sexuais.
Genes partilhados no lúpulo e na cannabis
O lúpulo, a planta usada na produção de cerveja Humulus lupulus, apresenta genes REM16 e KAN4 relacionados numa vizinhança equivalente do cromossoma X.
Trabalhos anteriores já tinham colocado cannabis e lúpulo no mesmo par ancestral de cromossomas do sexo, com genes ligados ao sexo partilhados e datados de cerca de 12 a 28 milhões de anos.
Como os novos genes identificados se situam nessa região antiga, é provável que este sistema de controlo partilhado tenha começado antes de as duas linhagens divergirem.
Ainda assim, o lúpulo raramente exibe o padrão de flores mistas, pelo que os detalhes do mecanismo terão mudado após a separação das linhagens.
Porque é que os produtores querem fêmeas
Os cervejeiros procuram plantas fêmeas de lúpulo porque só as fêmeas produzem cones, os aglomerados florais papiráceos que dão aroma e sabor à cerveja.
No caso da cannabis, os cultivadores muitas vezes preferem fêmeas porque as suas inflorescências produzem resina rica em substâncias vegetais chamadas canabinóides, incluindo o canabidiol.
Para o cânhamo destinado à fibra, plantas com flores mistas podem crescer de forma mais uniforme, já que os campos evitam o desfasamento de tempos entre plantas masculinas e femininas.
Se fosse possível prever o sexo com fiabilidade, os produtores poderiam remover cedo as plantas indesejadas, reduzindo espaço desperdiçado, trabalho e perdas de produção.
O sexo nas plantas não é fixo
Designada Monoecy1, a zona de ADN associada à floração mista explicou cerca de 15% da característica, o que deixa margem para outras influências.
Na segunda geração analisada pela equipa, as plantas em floração incluíram 43% de fêmeas, 29% de plantas mistas e 20.1% de machos.
Também o histórico materno teve impacto: a proporção de descendência masculina variou entre 6.8% e 35.9%, consoante a planta fêmea que produziu as sementes.
Estes valores alertam os melhoradores de que um marcador de ADN pode orientar decisões, mas não garante, por si só, o destino de cada planta.
A evolução deixou marcas genéticas
As perdas de genes concentraram-se perto da mesma extremidade do cromossoma, sugerindo que o cromossoma Y foi perdendo, ao longo do tempo, cópias correspondentes.
A equipa estimou que 40% das proteínas codificadas nessa região não tinham um parceiro claro no cromossoma Y.
Esse tipo de perda acumula-se quando os cromossomas X e Y deixam de trocar ADN, permitindo que as diferenças se intensifiquem ao longo de muitas gerações.
Na cannabis, o sinal de divergência mais antigo encontra-se perto do mesmo local onde foi mapeada a nova região de controlo do sexo.
Prever o sexo da planta mais cedo
Com este mapa, os melhoradores podem vir a criar testes precoces que indiquem o sexo provável antes de os campos ficarem cheios de flores indesejadas.
Uma amostra de folha poderá permitir perceber se as plântulas transportam variantes da região associadas a desenvolvimento feminino ou a floração mista.
Ainda assim, o trabalho identifica genes candidatos, e não uma ferramenta final, porque é necessário demonstrar primeiro que estes genes controlam directamente o desenvolvimento das flores.
Experiências futuras poderão activar ou desactivar estes genes e avaliar se os padrões de floração se alteram.
O novo mapa reúne, numa região compacta de ADN com genes partilhados entre cannabis e lúpulo, a ligação entre sexo floral, planeamento agrícola e evolução dos cromossomas.
Para agricultores e cervejeiros, o valor mais imediato pode estar numa previsão mais informada, enquanto o controlo genético directo dependerá de testes adicionais.
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