Ce que l’on ne voit pas dans une fleur de cannabis : trichomes, ADN et nouveaux outils d’amélioration variétale

Quels sont les caractères qui permettent à une variété d'exprimer de manière constante les caractéristiques que nous recherchons ? Pour nous rapprocher de la réponse, il faut observer la plante depuis la surface de la fleur jusqu'à son ADN, tout en gardant à l'esprit qu'aucune de ces dimensions ne fonctionne de manière isolée.

Les trichomes : de minuscules usines en pleine activité

Les trichomes glandulaires sont de petites structures présentes sur les fleurs femelles du cannabis qui agissent comme des microstructures spécialisées dans la production et le stockage des cannabinoïdes et des terpènes. Il ne s'agit pas simplement de gouttelettes collantes : ils possèdent des cellules sécrétrices ainsi qu'une cavité de stockage située sous la cuticule, où s'accumulent les composés qu'ils produisent.

L'image d'une « micro-usine » permet de mieux comprendre le fonctionnement des trichomes. Leurs cellules utilisent les ressources fournies par la plante et les transforment, à travers différents processus chimiques, en composés tels que les cannabinoïdes et les terpènes, qui s'accumulent ensuite dans une cavité située sous la surface du trichome. Ces cellules ne travaillent pas non plus de manière indépendante : elles sont connectées et organisées afin de collaborer très efficacement. C'est pourquoi certains scientifiques décrivent le trichome mature comme une sorte de « supercellule ».

Dans la plante fraîche, les cannabinoïdes tels que le THC et le CBD se trouvent principalement sous leurs formes précurseurs, appelées THCA et CBDA. Lorsque la fleur est exposée à la chaleur - par exemple lorsqu'elle est fumée, vaporisée ou cuisinée - ces molécules perdent une partie de leur structure au cours d'un processus appelé décarboxylation et se transforment en THC et en CBD. C'est pourquoi, lorsqu'on analyse la composition d'une fleur, il est important de distinguer les composés initialement produits par la plante de ceux qui apparaissent ensuite à la suite de sa transformation.

L'observation des trichomes peut nous donner des indications sur l'état et la qualité de la fleur, mais leur apparence seule ne permet pas d'en déterminer précisément la composition. Une plante de cannabis peut produire des fleurs couvertes de trichomes sans pour autant présenter nécessairement des concentrations plus élevées de cannabinoïdes ou de terpènes. Le type de trichome, son degré de maturité et l'activité des cellules responsables de la production de ces composés jouent également un rôle. En d'autres termes, une grande quantité de trichomes ne signifie pas automatiquement qu'une fleur est plus puissante ou de meilleure qualité.

La qualité d'une tête de cannabis ne dépend pas uniquement de la génétique

Lorsque l'on parle de génétique, deux concepts fondamentaux doivent être distingués : le génotype et le phénotype. Le génotype correspond à l'information génétique contenue dans la plante, autrement dit à une sorte de « mode d'emploi » inscrit dans son ADN. Le phénotype, en revanche, correspond à la manière dont ces instructions finissent par s'exprimer : hauteur, structure, durée de floraison, rendement, production et composition en cannabinoïdes et en terpènes, etc. Mais entre le génotype et le résultat final intervient un troisième élément essentiel : l'environnement. La quantité et le type de lumière, la température, la nutrition, les conditions de culture et même ce qui se passe après la récolte - séchage, affinage, etc. - peuvent influencer les caractéristiques que nous observons finalement. C'est pourquoi une génétique ne devrait pas être considérée comme la promesse de résultats précis, mais plutôt comme un potentiel.

Deux plantes présentant une génétique très similaire peuvent se développer différemment lorsqu'elles sont cultivées dans des conditions distinctes. Cela nous amène à une idée importante lorsqu'on parle de qualité : « plus » ne signifie pas toujours « mieux ». Une concentration plus élevée d'un composé ou une quantité plus importante de trichomes ne suffit pas, à elle seule, à définir une fleur exceptionnelle. Il est plus pertinent de parler de profils spécifiques, de stabilité et de constance des caractères recherchés.

L'ADN du cannabis comme une carte, et non comme une boule de cristal

Les nouveaux outils génétiques permettent de rechercher dans l'ADN d'une plante certains signaux associés à des caractères d'intérêt. Il s'agit des marqueurs génétiques, que l'on peut imaginer comme des indications sur une carte : ils nous signalent que nous sommes proches de quelque chose que nous recherchons.

Chez le cannabis, des marqueurs permettant d'identifier précocement certains caractères, comme le sexe ou certains chimiotypes - c'est-à-dire des plantes présentant différents profils de cannabinoïdes - ont déjà été identifiés. Cela peut s'avérer particulièrement utile pour les breeders, car ces marqueurs permettent d'effectuer une première sélection sans nécessairement attendre que toutes les plantes aient terminé leur développement.

Il existe toutefois une différence importante entre le fait qu'une région de l'ADN soit associée à un caractère et le fait qu'elle en soit l'unique responsable. Certains caractères sont relativement simples à identifier génétiquement, tandis que d'autres sont beaucoup plus complexes. La durée de floraison, la structure de la plante, sa résistance ou certains aspects de son profil chimique peuvent dépendre de nombreux gènes différents, mais aussi de la manière dont ceux-ci interagissent avec l'environnement. Les études génétiques ont déjà identifié des régions de l'ADN associées à des caractères tels que la floraison, le sexe ou la production de cannabinoïdes. Cependant, bon nombre de ces relations doivent encore être étudiées sur un plus grand nombre de variétés et dans différentes conditions afin de déterminer dans quelle mesure elles peuvent être généralisées.

Une analyse ADN peut donc aider un breeder à déterminer quelles plantes méritent d'être étudiées ou sélectionnées, mais elle ne peut pas tout prédire. À elle seule, elle ne peut garantir l'arôme final d'une fleur, le rendement d'une plante ou le comportement d'une génétique dans un environnement donné. Les croisements, la culture, l'observation et la sélection au fil des générations restent fondamentaux.

Entraîner l'œil d'une caméra : la technologie au service du breeding du cannabis

La technologie transforme également notre manière d'observer les plantes. L'un des domaines qui progresse le plus rapidement est le phénotypage, qui consiste essentiellement à convertir les caractéristiques observées sur une plante en données pouvant être mesurées et comparées. Traditionnellement, de nombreuses décisions de sélection reposaient sur l'expérience et l'œil humain. Aujourd'hui, les caméras, les capteurs et les systèmes d'intelligence artificielle peuvent aider à compter, classer et suivre certaines caractéristiques de manière beaucoup plus systématique.

Il existe par exemple déjà des modèles d'intelligence artificielle capables d'analyser des images, de différencier plusieurs types de trichomes glandulaires et de les quantifier. Des technologies telles que l'imagerie hyperspectrale et les capteurs dans le proche infrarouge font également l'objet de recherches. Une caméra conventionnelle enregistre essentiellement la lumière visible par l'œil humain. Ces systèmes, en revanche, peuvent capter des informations dans un nombre beaucoup plus important de bandes spectrales. Un logiciel peut ensuite comparer ces signaux à des échantillons préalablement analysés et apprendre à reconnaître certains motifs. Ces technologies peuvent ainsi aider à différencier des variétés, identifier des stades de développement ou même estimer certains composants présents dans la plante.

Cela ne signifie toutefois pas qu'il suffit de pointer une caméra vers une tête de cannabis pour connaître automatiquement sa puissance ou sa composition chimique. Ces systèmes doivent être entraînés à partir de données de référence, et leur précision dépend des variétés utilisées, du type d'échantillon et des conditions dans lesquelles les mesures ont été réalisées.

Une étude a par exemple réussi à utiliser l'imagerie hyperspectrale pour différencier cinq cultivars de chanvre CBD. Le résultat est prometteur, mais l'expérience a été menée dans des conditions spécifiques de culture sous serre. Cela ne signifie pas que le même système fonctionnera avec la même précision sur n'importe quelle variété et dans n'importe quel environnement de culture. Ces technologies pourraient donc devenir des outils très utiles pour les breeders et les chercheurs, mais une estimation réalisée par un capteur n'équivaut pas automatiquement à une analyse en laboratoire. Pour mesurer précisément la composition chimique, des méthodes de référence et des systèmes correctement validés restent nécessaires.

La qualité d'une fleur se construit aussi après la récolte

La génétique et la culture sont fondamentales, mais la qualité finale d'une fleur ne se détermine pas entièrement au moment de la récolte. Ce qui se passe après la coupe de la plante peut également modifier le produit final. Le séchage, par exemple, réduit progressivement la teneur en eau des têtes de cannabis, mais des changements dans leur composition peuvent également se produire au cours de ce processus. Les conditions de séchage peuvent influencer la proportion entre les formes acides et neutres de certains cannabinoïdes et, plus généralement, les caractéristiques finales de la fleur.

C'est précisément pour cette raison que de nouvelles méthodes de contrôle de cette étape font également l'objet de recherches. Une étude a combiné l'imagerie hyperspectrale et des analyses chimiques afin d'observer l'évolution du cannabis dans différentes conditions de séchage. Les chercheurs ont constaté que ces technologies étaient capables de détecter certains changements et ont envisagé leur utilisation potentielle comme outils de suivi du processus.

Cela ne signifie pas qu'il existe une formule unique et parfaite pour sécher le cannabis. La conclusion est plus simple : la constance d'une variété ne dépend pas uniquement du breeding et de la culture ; elle doit également être préservée après la récolte. Pour comprendre pourquoi une fleur finit par présenter certaines caractéristiques, il faut prendre en compte sa génétique et ses conditions de culture, mais aussi tout ce qui se passe après la coupe de la plante.

La diversité : la bibliothèque de l'amélioration variétale

Lorsque l'on parle d'amélioration génétique, il est facile d'imaginer un breeder cherchant simplement « la plante avec le plus de THC », « celle qui produit le plus » ou « celle qui fleurit le plus rapidement ». En réalité, les processus de création et d'amélioration variétale sont bien plus complexes.

La diversité génétique est précisément l'un des outils les plus précieux dont dispose un breeder. Au sein de Cannabis sativa, il existe une immense diversité de caractères liés à la floraison, à l'architecture des plantes, à leur adaptation à différents environnements et à leurs profils chimiques. On peut imaginer cette diversité comme une vaste bibliothèque génétique dans laquelle chaque population ou lignée conserve différentes combinaisons et variantes dans son ADN. Plus cette bibliothèque est vaste, plus les possibilités de trouver des caractères susceptibles de devenir utiles à l'avenir sont nombreuses.

Les études génomiques menées sur différentes populations de cannabis ont déjà identifié des groupes génétiques distincts ainsi que des régions de l'ADN associées à différents caractères d'intérêt. Cela ne signifie pas qu'une variété landrace possède automatiquement de « meilleurs gènes ». Sa valeur réside dans le fait qu'en préservant un pool génétique plus large, elle élargit les possibilités disponibles pour l'amélioration variétale. Un caractère qui semble peu important aujourd'hui pourrait devenir demain un élément essentiel d'un programme de breeding. Il est donc important de préserver cette bibliothèque génétique au-delà des variétés actuellement développées pour répondre aux besoins du marché.

Cannabis triploïde : trois jeux de chromosomes, une application concrète

Les plantes de cannabis triploïdes constituent une autre piste de recherche ayant suscité un intérêt croissant ces dernières années. La plupart des plantes de cannabis étudiées sont diploïdes, ce qui signifie qu'elles possèdent deux jeux de chromosomes, l'un provenant de chaque parent. Les plantes triploïdes, en revanche, possèdent trois jeux de chromosomes. Cette différence entraîne une conséquence intéressante : en raison de ce nombre impair de jeux chromosomiques, le processus de formation des cellules reproductrices devient plus complexe. Les plantes triploïdes peuvent donc présenter une fertilité considérablement réduite.

À quoi cela pourrait-il servir dans l'industrie du cannabis ?

L'une des applications potentielles les plus intéressantes serait de réduire la formation de graines lorsque les plantes sont exposées au pollen. Lors d'essais en plein champ réalisés sur du chanvre destiné à la production de cannabinoïdes, les plantes triploïdes ont produit beaucoup moins de graines que leurs équivalents diploïdes lorsqu'elles ont été exposées au pollen. Toutefois, « beaucoup moins » ne signifie pas aucune : les plantes triploïdes ne se sont pas révélées totalement immunisées contre la pollinisation. Cette nuance est importante, car la triploïdie fait parfois l'objet d'affirmations trop simplifiées. Une plante triploïde ne produit pas automatiquement des rendements supérieurs ni des concentrations plus élevées de cannabinoïdes ; ces résultats peuvent varier en fonction de la génétique et des conditions de culture. Pour l'instant, les données disponibles indiquent un avantage beaucoup plus concret : la triploïdie pourrait constituer un outil permettant de réduire le risque de formation de graines, sans nécessairement l'éliminer complètement.

CRISPR, TILLING et les frontières du possible

Lorsque l'on parle de l'avenir de l'amélioration génétique du cannabis, CRISPR est probablement l'une des technologies les plus connues. Il ne s'agit toutefois pas du seul outil étudié, et son développement ne signifie pas non plus que les méthodes traditionnelles de breeding soient devenues obsolètes. Les croisements et la sélection restent la base du processus ; les nouvelles technologies viennent simplement ajouter de nouveaux outils à l'arsenal des chercheurs et des breeders.

L'un de ces outils est le TILLING. Pour simplifier considérablement, il s'agit d'une méthode qui génère un grand nombre de variations génétiques, puis utilise des techniques d'analyse de l'ADN pour identifier celles qui peuvent présenter un intérêt. Cela revient en quelque sorte à créer une immense collection de modifications génétiques, puis à rechercher celles qui produisent l'effet souhaité.

CRISPR fonctionne différemment, puisqu'il permet de cibler une région précise de l'ADN et de la modifier. Cette technologie peut servir à étudier la fonction d'un gène ou à déterminer s'il est possible de modifier un caractère spécifique. L'édition génétique par CRISPR/Cas9 a déjà été utilisée expérimentalement chez Cannabis sativa. Toutefois, pour que cette technique devienne réellement utile, il faut parvenir à régénérer, à partir de ces cellules modifiées, une plante complète et stable, capable de transmettre la modification à sa descendance. C'est là qu'apparaît l'un des principaux obstacles actuels. La capacité à régénérer des plantes entières à partir de cellules modifiées dépend encore fortement de la génétique utilisée, ce qui complique l'application routinière de cette technologie à n'importe quelle variété de cannabis.

Tout cela montre que les possibilités sont immenses, mais également qu'il faut éviter de considérer ces technologies comme une sorte de raccourci magique. Entre la modification d'un gène en laboratoire et le développement d'une variété stable, constante et utile, il reste encore un long processus de culture, de sélection et de validation.

De meilleures questions pour de meilleures décisions

À l'œil nu, nous pouvons apprendre beaucoup de choses en observant une fleur de cannabis, mais une partie importante de ce qui détermine ses caractéristiques reste invisible. Les trichomes, l'ADN, les conditions environnementales, la culture, la post-récolte et la diversité génétique font tous partie d'un même système. Les nouveaux outils - des marqueurs génétiques à l'intelligence artificielle, en passant par l'imagerie hyperspectrale et CRISPR - nous permettent d'examiner certaines de ces dimensions avec un niveau de précision qu'il était encore difficile d'imaginer il y a quelques années.

Mais la principale contribution de la science n'est peut-être pas de nous permettre d'affirmer qu'une génétique sera « meilleure » avant même de l'avoir cultivée, mais plutôt de nous aider à poser de meilleures questions et à obtenir davantage d'informations avant de prendre des décisions. Une graine ne constitue toujours pas une promesse infaillible : elle représente un potentiel génétique qui devra s'exprimer dans des conditions déterminées et démontrer, génération après génération, que les caractères recherchés sont réellement constants. Les nouvelles technologies ne remplacent pas ce processus : elles nous aident à le comprendre toujours mieux.