Ciò che non si vede in un fiore di cannabis: tricomi, DNA e nuovi strumenti per il miglioramento genetico

Quali caratteristiche permettono a una varietà di esprimere in modo costante i tratti che stiamo cercando? Per avvicinarci alla risposta, dobbiamo osservare la pianta dalla superficie del fiore fino al DNA, ricordando che nessuno di questi livelli funziona in maniera isolata.

I tricomi: piccole fabbriche in azione

I tricomi ghiandolari sono piccole strutture presenti sui fiori femminili della pianta di cannabis e funzionano come microstrutture specializzate nella produzione e nell'accumulo di cannabinoidi e terpeni. Non sono semplici gocce appiccicose: possiedono cellule secretorie e una cavità di accumulo situata sotto la cuticola, dove si concentrano i composti prodotti.

L'immagine di una "microfabbrica" aiuta a capire come funzionano i tricomi. Le loro cellule utilizzano le risorse fornite dalla pianta e le trasformano, attraverso diversi processi chimici, in composti come cannabinoidi e terpeni, che successivamente si accumulano in una cavità situata sotto la superficie del tricoma. Inoltre, queste cellule non lavorano in modo indipendente: sono collegate e organizzate per collaborare tra loro in maniera estremamente efficiente. Per questo motivo, alcuni scienziati descrivono il tricoma maturo come una sorta di "supercellula".

Nella pianta fresca, cannabinoidi come THC e CBD si trovano principalmente nelle loro forme precursori, note come THCA e CBDA. Quando il fiore viene esposto al calore - per esempio quando viene fumato, vaporizzato o utilizzato in cucina - queste molecole perdono una parte della loro struttura attraverso un processo chiamato decarbossilazione e si trasformano rispettivamente in THC e CBD. Per questo motivo, quando si analizza la composizione di un fiore di cannabis, è importante distinguere tra i composti originariamente prodotti dalla pianta e quelli che compaiono successivamente come risultato della lavorazione.

Osservare i tricomi può fornire indicazioni sullo stato e sulla qualità del fiore, ma il loro aspetto, da solo, non permette di determinarne con precisione la composizione. Una pianta di cannabis può avere fiori ricoperti di tricomi senza che ciò significhi necessariamente una maggiore produzione di cannabinoidi o terpeni. Entrano in gioco anche il tipo di tricoma, il suo grado di maturazione e l'attività delle cellule responsabili della produzione di questi composti. In altre parole: vedere molti tricomi non significa automaticamente avere un fiore più potente o di qualità superiore.

La qualità di una cima non dipende soltanto dalla genetica

Quando parliamo di genetica, ci sono due concetti fondamentali che è importante distinguere: genotipo e fenotipo. Il genotipo è l'informazione genetica contenuta nella pianta, una sorta di "insieme di istruzioni" codificato nel DNA. Il fenotipo, invece, è il modo in cui queste istruzioni finiscono per esprimersi: altezza, struttura, tempo di fioritura, resa, produzione e composizione di cannabinoidi e terpeni, ecc. Ma tra il genotipo e il risultato finale interviene un terzo elemento fondamentale: l'ambiente. La quantità e il tipo di luce, la temperatura, la nutrizione, le condizioni di coltivazione e persino ciò che avviene dopo il raccolto - essiccazione, concia, ecc. - possono influenzare le caratteristiche che osserviamo alla fine. Per questo motivo, una genetica non dovrebbe essere intesa come una promessa di risultati precisi, ma piuttosto come un potenziale.

Due piante con una genetica molto simile possono svilupparsi in modo diverso se coltivate in condizioni differenti. Questo ci porta a un concetto importante quando parliamo di qualità: "di più" non significa sempre "meglio". Una maggiore concentrazione di un determinato composto o una quantità superiore di tricomi non sono sufficienti, da sole, a definire un fiore eccezionale. È più utile parlare di profili specifici, stabilità e consistenza dei tratti che stiamo cercando.

Il DNA della cannabis come una mappa, non come una sfera di cristallo

I nuovi strumenti genetici permettono di cercare nel DNA di una pianta determinati segnali associati a caratteristiche di interesse. Si tratta dei cosiddetti marcatori genetici, che possiamo immaginare come indicazioni su una mappa: ci segnalano che siamo vicini a qualcosa che stiamo cercando.

Nella cannabis sono già stati identificati marcatori che permettono di individuare precocemente caratteristiche come il sesso o determinati chemiotipi, ovvero piante con differenti profili di cannabinoidi. Questo può essere estremamente utile per i breeder, perché consente di effettuare una prima selezione senza dover necessariamente aspettare che tutte le piante completino il loro sviluppo.

Esiste tuttavia una differenza importante tra il fatto che una regione del DNA sia associata a una determinata caratteristica e il fatto che ne sia l'unica responsabile. Alcuni tratti sono relativamente semplici da identificare geneticamente, mentre altri sono molto più complessi. Il tempo di fioritura, la struttura della pianta, la sua resistenza o determinati aspetti del suo profilo chimico possono dipendere da numerosi geni differenti e, inoltre, dal modo in cui questi interagiscono con l'ambiente. Gli studi genetici hanno già individuato regioni del DNA associate a caratteristiche come la fioritura, il sesso o la produzione di cannabinoidi. Tuttavia, molte di queste relazioni devono ancora essere studiate su un numero maggiore di varietà e in condizioni differenti per capire fino a che punto possano essere applicate in maniera generalizzata.

Un'analisi del DNA può quindi aiutare un breeder a decidere quali piante valga la pena studiare o selezionare, ma non può prevedere tutto. Da sola non può garantire quale sarà l'aroma finale di un fiore, quale sarà la resa di una pianta o come si comporterà una determinata genetica in specifiche condizioni ambientali. Gli incroci, la coltivazione, l'osservazione e la selezione nel corso delle generazioni rimangono fondamentali.

Allenare l'occhio di una telecamera: la tecnologia al servizio del breeding della cannabis

La tecnologia sta cambiando anche il nostro modo di osservare le piante. Uno degli ambiti che sta facendo registrare i maggiori progressi è la fenotipizzazione, che consiste essenzialmente nel trasformare le caratteristiche osservabili di una pianta in dati che possano essere misurati e confrontati. Tradizionalmente, molte decisioni di selezione si sono basate sull'esperienza e sull'occhio umano. Oggi, telecamere, sensori e sistemi di intelligenza artificiale possono aiutare a contare, classificare e monitorare determinate caratteristiche in maniera molto più sistematica.

Esistono già, per esempio, modelli di intelligenza artificiale in grado di analizzare immagini, distinguere diversi tipi di tricomi ghiandolari e quantificarli. Si stanno inoltre studiando tecnologie come le telecamere iperspettrali e i sensori nel vicino infrarosso. Una telecamera convenzionale registra essenzialmente la luce che i nostri occhi sono in grado di vedere. Questi sistemi, invece, possono acquisire informazioni in molte più bande dello spettro. Successivamente, un software confronta questi segnali con campioni precedentemente analizzati e impara a riconoscere determinati pattern. In questo modo può aiutare a distinguere diverse varietà, identificare stadi di sviluppo o persino effettuare stime su alcuni componenti della pianta.

Questo, tuttavia, non significa che sia sufficiente puntare una telecamera verso una cima per conoscerne automaticamente la potenza o la composizione chimica. Questi sistemi devono essere addestrati utilizzando dati di riferimento e la loro precisione dipende dalle varietà utilizzate, dal tipo di campione e dalle condizioni in cui sono state effettuate le misurazioni.

Uno studio, per esempio, è riuscito a utilizzare immagini iperspettrali per distinguere cinque cultivar di canapa CBD. Si tratta di un risultato promettente, ma l'esperimento è stato condotto in specifiche condizioni di serra. Questo non significa che lo stesso sistema possa funzionare con la stessa precisione su qualsiasi varietà e in qualsiasi ambiente di coltivazione. Queste tecnologie possono quindi diventare strumenti molto utili per breeder e ricercatori, ma una stima effettuata da un sensore non equivale automaticamente a un'analisi di laboratorio. Per misurare con precisione la composizione chimica continuano a essere necessari metodi di riferimento e sistemi adeguatamente validati.

La qualità di un fiore si costruisce anche dopo il raccolto

La genetica e la coltivazione sono fondamentali, ma la qualità finale di un fiore non si determina completamente al momento del raccolto: anche ciò che avviene dopo il taglio della pianta può modificare il prodotto finale. L'essiccazione, per esempio, riduce progressivamente il contenuto d'acqua delle cime di cannabis, ma durante questo processo possono verificarsi anche cambiamenti nella loro composizione. Le condizioni di essiccazione possono influenzare il rapporto tra le forme acide e neutre di alcuni cannabinoidi e, più in generale, le caratteristiche che il fiore presenterà alla fine del processo.

Proprio per questo motivo si stanno studiando anche nuovi sistemi per controllare questa fase. Uno studio ha combinato immagini iperspettrali e analisi chimiche per osservare come cambiava la cannabis in diverse condizioni di essiccazione. I ricercatori hanno constatato che queste tecnologie erano in grado di rilevare determinati cambiamenti e ne hanno proposto il possibile utilizzo come strumenti per monitorare il processo.

Questo non significa che esista un'unica formula perfetta per essiccare la cannabis. La conclusione è più semplice: la consistenza di una varietà non dipende esclusivamente dal breeding e dalla coltivazione, ma deve essere preservata anche dopo il raccolto. Per comprendere perché un fiore finisca per presentare determinate caratteristiche, dobbiamo quindi considerare sia la genetica e la coltivazione sia tutto ciò che avviene dopo il taglio della pianta.

Diversità: la biblioteca del miglioramento genetico

Quando parliamo di miglioramento genetico, è facile immaginare un breeder semplicemente alla ricerca della "pianta con più THC", di "quella che produce di più" o di "quella che fiorisce più velocemente". In realtà, i processi di sviluppo e miglioramento delle varietà sono molto più complessi.

La diversità genetica è infatti uno degli strumenti più preziosi a disposizione di un breeder. All'interno di Cannabis sativa esiste un'enorme varietà di caratteristiche legate alla fioritura, alla struttura delle piante, al loro adattamento a diversi ambienti e ai loro profili chimici. Possiamo immaginare questa diversità come una grande biblioteca genetica, nella quale ogni popolazione o linea conserva differenti combinazioni e varianti nel proprio DNA. Più ampia è questa biblioteca, maggiori saranno le possibilità di trovare caratteristiche che potrebbero rivelarsi utili in futuro.

Gli studi genomici condotti su diverse popolazioni di cannabis hanno già identificato gruppi genetici distinti e regioni del DNA associate a diversi caratteri di interesse. Questo non significa che una varietà landrace possieda automaticamente "geni migliori". Il suo valore risiede nel fatto che, conservando un pool genetico più ampio, aumenta le possibilità disponibili per il miglioramento genetico. Una caratteristica che oggi può sembrare poco importante potrebbe diventare domani un elemento fondamentale di un programma di breeding. Per questo motivo è importante preservare questa biblioteca genetica anche al di là delle varietà sviluppate oggi per soddisfare le esigenze del mercato.

Cannabis triploide: tre set di cromosomi, un'applicazione concreta

Un'altra linea di ricerca che negli ultimi anni ha suscitato un crescente interesse riguarda le piante di cannabis triploidi. La maggior parte delle piante di cannabis studiate è diploide, il che significa che possiede due set di cromosomi, uno proveniente da ciascun genitore. Le piante triploidi, invece, possiedono tre set di cromosomi. Questa differenza ha una conseguenza interessante: avendo un numero dispari di set cromosomici, il processo attraverso il quale si formano le cellule riproduttive diventa più complesso. Di conseguenza, le piante triploidi possono presentare una fertilità notevolmente ridotta.

Quale potrebbe essere l'utilità di questa caratteristica per l'industria della cannabis?

Una delle applicazioni potenzialmente più interessanti sarebbe la riduzione della formazione di semi quando le piante entrano in contatto con il polline. In prove in campo condotte su canapa destinata alla produzione di cannabinoidi, le piante triploidi hanno prodotto molti meno semi rispetto alle loro equivalenti diploidi quando sono state esposte al polline. Tuttavia, "molti meno" non significa nessuno: le triploidi non si sono dimostrate completamente immuni all'impollinazione. Questa distinzione è importante perché intorno alla triploidia possono nascere affermazioni eccessivamente semplificate. Una pianta triploide non produce automaticamente raccolti più abbondanti né raggiunge necessariamente concentrazioni superiori di cannabinoidi: questi risultati possono variare in funzione della genetica e delle condizioni di coltivazione. Per il momento, le evidenze indicano un vantaggio molto più concreto: la triploidia potrebbe essere uno strumento utile per ridurre il rischio di formazione di semi, senza necessariamente eliminarlo del tutto.

CRISPR, TILLING e la frontiera del possibile

Quando parliamo del futuro del miglioramento genetico della cannabis, CRISPR è probabilmente una delle tecnologie più conosciute. Tuttavia, non è l'unico strumento oggetto di ricerca e la sua comparsa non significa nemmeno che i metodi tradizionali di breeding siano diventati obsoleti. Gli incroci e la selezione continuano a rappresentare la base: le nuove tecnologie stanno semplicemente aggiungendo nuovi strumenti all'arsenale a disposizione di ricercatori e breeder.

Uno di questi strumenti è il TILLING che, semplificando molto, è un metodo che genera un gran numero di variazioni genetiche e successivamente utilizza tecniche di analisi del DNA per individuare quelle che potrebbero risultare interessanti. È un po' come creare un'enorme collezione di cambiamenti genetici e poi cercare quali di essi producano l'effetto desiderato.

CRISPR funziona in maniera diversa, perché permette di intervenire su una regione specifica del DNA e modificarla. Questo può essere utile per studiare la funzione di un gene o verificare se sia possibile alterare una determinata caratteristica. L'editing genetico mediante CRISPR/Cas9 è già stato utilizzato sperimentalmente in Cannabis sativa. Tuttavia, affinché la tecnica diventi realmente utile, è necessario riuscire a rigenerare da queste cellule modificate una pianta completa e stabile, capace di trasmettere la modifica alla propria progenie. Ed è proprio qui che emerge uno dei principali ostacoli attuali. La capacità di rigenerare piante complete a partire da cellule modificate dipende ancora fortemente dalla genetica utilizzata, rendendo difficile applicare questa tecnologia in modo routinario a qualsiasi varietà di cannabis.

Tutto questo dimostra che le possibilità sono enormi, ma anche che dobbiamo evitare di considerare queste tecnologie come una sorta di scorciatoia magica. Tra la modifica di un gene in laboratorio e lo sviluppo di una varietà stabile, consistente e utile esiste ancora un lungo processo di coltivazione, selezione e validazione.

Domande migliori, decisioni migliori

A occhio nudo possiamo imparare molte cose osservando un fiore di cannabis, ma una parte importante di ciò che ne determina le caratteristiche rimane fuori dalla portata dei nostri occhi. Tricomi, DNA, condizioni ambientali, coltivazione, post-raccolta e diversità genetica fanno tutti parte dello stesso sistema. I nuovi strumenti - dai marcatori genetici all'intelligenza artificiale, passando per le telecamere iperspettrali e CRISPR - ci permettono di osservare alcuni di questi livelli con una precisione che fino a pochi anni fa sarebbe stata difficile da immaginare.

Ma forse il contributo più importante della scienza non consiste nel permetterci di affermare che una genetica sarà "migliore" ancora prima di coltivarla, bensì nell'aiutarci a porre domande migliori e a ottenere più informazioni prima di prendere decisioni. Un seme continua a non essere una promessa infallibile: rappresenta un potenziale genetico che dovrà esprimersi in determinate condizioni e dimostrare, generazione dopo generazione, che i caratteri che stiamo cercando sono realmente consistenti. Le nuove tecnologie non sostituiscono questo processo: ci aiutano a comprenderlo sempre meglio.

[1] Tanney et al. (2021 ). Cannabis Glandular Trichomes: A Cellular Metabolite Factory. Frontiers in Plant Science.

[2] Livingston et al. (2022 ). A polarized supercell produces specialized metabolites in cannabis trichomes. Current Biology.

[3] Toth et al. (2020 ). Development and validation of genetic markers for sex and cannabinoid chemotype in Cannabis sativa L. GCB Bioenergy.

[4] Petit et al. (2020 ). Genetic Architecture of Flowering Time and Sex Determination in Hemp. Frontiers in Plant Science.

[5] de Ronne & Torkamaneh (2025 ). Discovery of major QTL and a massive haplotype associated with cannabinoid biosynthesis in drug-type Cannabis. The Plant Genome.

[6] Huang et al. (2024 ). Deep learning-based quantification and transcriptomic profiling reveal a methyl jasmonate-mediated glandular trichome formation pathway in Cannabis sativa. The Plant Journal.

[7] Lu et al. (2022 ). Hyperspectral Imaging With Machine Learning to Differentiate Cultivars, Growth Stages, Flowers, and Leaves of Industrial Hemp. Frontiers in Plant Science.

[8] Rafiq et al. (2024 ). Non-Destructive Near-Infrared Technology for Efficient Cannabinoid Analysis in Cannabis Inflorescences. Plants.

[9] Yoon et al. (2024 ). Non-destructive assessment of cannabis quality during drying process using hyperspectral imaging and machine learning. Frontiers in Plant Science.

[10] Mostafaei Dehnavi et al. (2025 ). Population genomics of a natural Cannabis sativa L. collection from Iran identifies novel genetic loci for flowering time, morphology, sex and chemotyping. BMC Plant Biology.

[11] Crawford et al. (2021 ). Characteristics of the Diploid, Triploid, and Tetraploid Versions of a Cannabigerol-Dominant F1 Hybrid Industrial Hemp Cultivar. Genes.

[12] Suchoff et al. (2024 ). Characterization of agronomic performance and sterility in triploid and diploid cannabinoid hemp. Agronomy Journal.

[13] Fernandes et al. (2023 ). Cultivar-dependent phenotypic and chemotypic responses of drug-type Cannabis sativa L. to polyploidization. Frontiers in Plant Science.

[14] Zhang et al. (2021 ). Establishment of an Agrobacterium-mediated genetic transformation and CRISPR/Cas9-mediated targeted mutagenesis in Hemp. Plant Biotechnology Journal.

[15] Duarte-Delgado et al. (2025 ). TILLCANN: a TILLING platform in Cannabis sativa for mutation discovery and crop improvement. Molecular Horticulture.