Linee parentali omozigoti nella cannabis – incrocio tra fratelli, autofecondazione e il prezzo dell’inbreeding

In una specie a fecondazione incrociata l’omozigosi non è uno stato che si trova: è uno stato che si costruisce nel corso delle generazioni. Ci si arriva per due vie, che vengono confuse di continuo. La prima è l’accoppiamento tra singole piante imparentate, normale in ogni specie dioica, la seconda è l’autofecondazione indotta chimicamente. La seconda è più rapida. La prima è quella su cui conta la letteratura sulla selezione.

Che cosa significa concretamente omozigote

L’omozigosi non si vede, si misura. Nel lavoro che per primo ha pubblicato per intero questo percorso in questa specie, una linea era considerata funzionalmente omozigote quando la quota di loci eterozigoti scendeva sotto il 3 % su un pannello di 1500 marcatori. Le popolazioni di partenza a impollinazione libera stavano tra il 17 e il 35 %.

Il calo per generazione variava tanto da una linea all’altra che gli autori raccomandano espressamente di misurarlo invece di ricavarlo dal numero di generazioni. Un’indicazione come «sesta generazione» descrive lo sforzo, non il risultato.

Incrocio tra fratelli: più lento, ed è proprio questo il punto

Nelle specie dioiche la via standard è l’accoppiamento tra parenti – fratelli pieni, mezzi fratelli, inbreeding biparentale. La fissazione procede più lentamente che con l’autofecondazione, e questo aumenta tempi e costi. Proprio questa differenza di ritmo è il motivo per cui i metodi di autofecondazione sembrano attraenti.

Il ritmo più lento ha però un rovescio che nel calcolo dei tempi non compare. Un modello di genetica di popolazione dei fattori letali recessivi mostra che l’incrocio tra fratelli, a parità di grado di inbreeding, riduce il carico letale in modo più efficace dell’autofecondazione. Il motivo è che l’omozigosi cresce per gradi e non a salti, e così durante la selezione i loci si ostacolano meno a vicenda. Con coefficienti di inbreeding comparabili, il numero di equilibrio dei fattori letali eterozigoti era più basso in tutti i casi con l’incrocio tra fratelli: 7,11 contro 9,3 con un tasso di mutazione medio, con un tasso alto 46,8 contro 49. I coefficienti di inbreeding dei tipi di accoppiamento mostrano quanto siano distanti i passi: autofecondazione e accoppiamento tra fratelli pieni danno 1/2, quello tra mezzi fratelli 1/8.

Il modello descrive popolazioni naturali e non un programma di selezione; si trasferisce il meccanismo, non il numero. Basta però a smentire l’equazione diffusa tra «più rapido» e «migliore».

Che cosa l’autofecondazione fissa di passaggio

In una specie dioica l’autofecondazione presuppone un’inversione sessuale indotta. Dopo un trattamento con tiosolfato d’argento le piante femminili formano fiori maschili fertili, e quelle maschili, dopo un trattamento con etefon, formano fiori femminili fertili. Così entra nella selezione un carattere che con l’obiettivo della selezione non ha nulla a che fare.

Il lavoro lo dice espressamente per la via che passa dalle femmine dioiche. Lì la capacità di inversione sessuale, se nel materiale segrega, va stabilizzata insieme al resto – con un rischio maggiore di fiori maschili spontanei indesiderati. Chi rende omozigote una linea per autofecondazione seleziona quindi lungo la tendenza all’ermafroditismo, e lo fa in ogni generazione.

Le anomalie non rimasero teoriche. Dalla quarta generazione di autofecondazione comparvero in tutte le linee. Nella linea di cui erano coltivate fianco a fianco sette generazioni, la quota di fiori anomali salì dallo 0,4 % della generazione di partenza al 13,7 % della sesta. Si trattava di fiori ermafroditi, fiori sugli internodi e forme intermedie tra antera e stilo. Da quel punto la produzione di semi si poteva salvare solo trattando nello stesso momento parti diverse della stessa pianta con il generatore di etilene e con l’inibitore dell’etilene.

Quale via di autofecondazione fallisce più di rado

Chi prende comunque questa strada ha quattro forme di partenza tra cui scegliere, e i loro tassi di fallimento differiscono nettamente. Con le piante femminili dioiche fallirono 8 tentativi su 22, perché nelle generazioni successive i fiori maschili indotti davano pochissimo polline. Con le piante monoiche con corredo cromosomico XX furono 4 su 27, e lì il trattamento chimico non era sempre necessario. Con le piante maschili dioiche fallirono 2 tentativi su 12; i fiori femminili ottenuti con l’etefon producevano semi anche quando erano malformati.

Di passaggio ha trovato risposta anche una questione secondaria. Dall’autofecondazione di piante maschili sono nati, su tre linee e oltre 500 discendenti, maschi e femmine in rapporto di uno a uno. Secondo questo risultato non esistono piante YY vitali, che sarebbero una scorciatoia verso semi mascolinizzati.

La scorciatoia degli aploidi raddoppiati, che funziona in altre colture, per la cannabis finora non è disponibile.

A che cosa serve la linea finita

Non alla coltivazione. Una linea consanguinea con oltre il dieci per cento di fiori anomali non è adatta come pianta da produzione. Il suo scopo è l’incrocio: cinque ibridi da quattro linee finite fiorirono prima e in modo più uniforme dei loro genitori. Tutti tranne uno erano più grandi dei loro genitori consanguinei diretti, e la resa in semi superava la media dei genitori di una quota tra il 3,9 e il 155 %. Sui cannabinoidi il guadagno rimase limitato: solo due delle cinque linee ibride avevano tutte le singole piante entro ±20 % per tutti i cannabinoidi misurati.

La perdita di vigore non fu generale – due linee su quattro restarono indietro rispetto alla loro popolazione d’origine, due no. In ogni ciclo però si portava avanti la plantula più vigorosa, quindi i numeri mostrano anche l’effetto della selezione.

Che cosa manca qui: numeri solidi sulla selezione ricorrente con prova di progenie come programma nella cannabis. I metodi sono descritti nella genetica agraria generale, ma un’indagine su questa specie non esiste. I dati sull’autofecondazione riportati sopra vengono inoltre da materiale da fibra e da seme, non da linee di chemotipo da droga.