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La Diversità Genetica della Cannabis: Uno Studio Moderno

La ricerca svela il complesso panorama genetico della Cannabis in diverse regioni.

Manica Balant, D. Vitales, Z. Wang, Z. Barina, L. Fu, T. Gao, T. Garnatje, A. Gras, M. Q. Hayat, M. Oganesian, J. Pellicer, A. S. Salami, A. P. Seregin, N. Stepanyan-Gandilyan, N. Sultana, S. Tsooj, M. Urgamal, J. Valles, R. van Velzen, L. Pokorny

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La Cannabis è una delle piante più antiche usate dagli esseri umani. È in giro da migliaia di anni e ha tanti usi, come fare corde, tessuti e carta, oltre ad essere usata per medicinali e cibo. La gente ha anche usato la cannabis in vari rituali. Nonostante la sua lunga storia, è diventata illegale in molte parti del mondo nei primi anni '900, principalmente a causa dei suoi effetti sulla mente. Questo ha reso difficile la ricerca sulla cannabis. La maggior parte degli studi si è concentrata sulle varietà di canapa o sulle piante sequestrate dalle forze dell'ordine. Tuttavia, con i recenti sforzi di legalizzazione, la ricerca e la coltivazione della cannabis stanno tornando in auge.

Anche se ci sono molte mappe genetiche e dati sulla cannabis, gran parte di queste informazioni proviene da varietà moderne di canapa o piante da droga che mancano di varietà e origini chiare. Gli studi che includono piante selvatiche o varietà locali sono ancora rari, evidenziando la necessità di raccogliere Campioni da un'area più ampia per capire meglio la diversità genetica della cannabis.

Cannabis e la sua Famiglia

La cannabis appartiene a una famiglia di piante conosciuta come Cannabaceae, che include dieci generi e oltre 100 Specie. Due membri importanti di questa famiglia sono la cannabis e il luppolo, cruciale per l'industria della birra. Di solito, le piante di cannabis hanno forme maschili e femminili, anche se alcune varietà hanno entrambe. Il numero medio di cromosomi nella cannabis è 20, e ha una dimensione del genoma specifica.

La cannabis è probabile che sia apparsa per la prima volta circa 27 milioni di anni fa vicino all'altopiano tibetano nord-orientale. Da lì, si è diffusa verso ovest in Europa e verso est in Cina. Anche se è diventata popolare in India, è entrata nel subcontinente solo circa 30.000 anni fa.

Domestizzazione della Cannabis

La domestizzazione della cannabis è dibattuta tra gli esperti. Alcuni credono che sia avvenuta una sola volta in Asia centrale, mentre altri pensano sia stata addomesticata più volte in diverse regioni. Le prove suggeriscono che è stata probabilmente coltivata per la prima volta in Asia orientale circa 12.000 anni fa. Inizialmente, la gente coltivava la cannabis per vari usi, ma col tempo sono state sviluppate varietà specifiche per scopi diversi, come la canapa per le fibre e le piante da droga. Con i viaggi e il commercio, la cannabis si è diffusa in tutta l'Asia, in Europa e infine nelle Americhe durante la colonizzazione.

Tassonomia della Cannabis

La classificazione della cannabis è stata complicata da questioni culturali e legali, portando a molta confusione. La prima distinzione nota tra i tipi di cannabis europei e asiatici è stata fatta intorno al 1240. Solo nel XVIII secolo sono state scientificamente identificate due specie: Cannabis sativa e Cannabis indica. Negli ultimi due secoli, sono emersi vari modi di classificare la cannabis, con alcuni ricercatori che la vedono come una sola specie con più varietà.

Uno dei primi studi approfonditi sulla cannabis ha incluso un'ampia gamma di campioni selvatici e locali da tutto il mondo. Questa ricerca ha riconosciuto due specie principali: Cannabis sativa e Cannabis indica, con vari tipi identificati all'interno di ciascuna specie. È stata anche suggerita una terza potenziale specie, Cannabis ruderalis, ma le prove per essa rimangono deboli.

Alcuni ricercatori sostengono che la cannabis dovrebbe essere considerata un'unica specie, C. sativa, con suddivisioni basate su tratti specifici. Altri hanno trovato gruppi genetici distinti all'interno della cannabis basati su regioni geografiche, portando a risultati che supportano la visione di più specie o tipi.

Ricerche Recenti e Approcci

Studi recenti hanno utilizzato tecniche genetiche avanzate, come il sequenziamento dell'intero genoma, per investigare sulla cannabis. Tuttavia, nessuno si è ancora concentrato su come la cannabis sia evoluta utilizzando metodi di sequenziamento mirati. Inoltre, la possibilità di utilizzare esemplari di erbario, che sono campioni di piante storiche, non è stata ancora esplorata.

Una tecnica chiamata Hyb-Seq combina il sequenziamento mirato e a bassa copertura, rendendola adatta per lo studio di campioni di piante sia recenti che antichi. Questo metodo si è dimostrato efficace nel recuperare dati genetici da vecchi esemplari che spesso sono troppo degradati per i metodi convenzionali.

Per chiarire lo stato tassonomico della cannabis e comprendere meglio la sua struttura genetica, i ricercatori hanno condotto un campionamento approfondito della cannabis nella sua area di origine. Questo ha incluso sia campioni moderni che storici.

Campionamento e Metodi

Per lo studio, sono stati raccolti 94 campioni di cannabis da varie regioni dell'Eurasia. Questi includevano campioni da piante vive e esemplari secchi da erbario. La ricerca ha incluso anche sequenze da specie correlate per un miglior confronto. È stata mappata la distribuzione geografica, evidenziando i diversi tipi di cannabis campionati.

È stato estratto e analizzato il DNA per raccogliere informazioni genetiche. I ricercatori hanno utilizzato strumenti genomici moderni per preparare il DNA per il sequenziamento. Hanno catturato con successo un grande volume di dati genetici sia da campioni freschi che da erbario.

Analisi dei Dati Genetici

I ricercatori hanno filtrato e elaborato i dati genetici grezzi per identificare i geni di interesse. Poi hanno allineato queste sequenze e costruito un albero delle specie per capire le relazioni tra diversi campioni di cannabis.

L'analisi ha rivelato infine tre gruppi principali di cannabis basati sui dati genetici: Asia orientale, Paleotropico e Boreale. Ogni gruppo conteneva sottogruppi più piccoli che corrispondevano alle origini geografiche dei campioni analizzati.

Struttura Geografica della Cannabis

La ricerca ha evidenziato distinti gruppi geografici all'interno della cannabis. Il gruppo dell'Asia orientale includeva campioni principalmente provenienti dalla Cina settentrionale e dalla Mongolia orientale. Il gruppo Boreale comprendeva piante provenienti da latitudini più elevate in Europa e Asia. Il gruppo Paleotropico rappresentava piante provenienti da latitudini più basse, inclusi parti dell'Asia meridionale e dell'Africa.

Questi raggruppamenti hanno fornito un quadro più chiaro su come le varietà di cannabis si siano sviluppate e diffuse in diverse regioni. Interessante è stata l'analisi che ha mostrato che la composizione genetica delle piante di cannabis era più strettamente legata alla loro posizione geografica piuttosto che al loro uso previsto, come per la produzione di droga o fibra.

Struttura della Popolazione e Mischia

Ulteriore analisi dei dati genetici ha rivelato una significativa miscela tra le popolazioni. Ciò significa che c'era un mescolamento tra diverse varietà di cannabis e regioni. Alcuni individui mostrano un alto grado di mescolamento Genetico, mentre altri mantenevano tratti genetici distinti.

Lo studio ha scoperto che, mentre alcuni gruppi avevano una differenziazione genetica relativamente bassa, altri mostrano distinzioni chiare. I risultati suggerivano che la diversità genetica all'interno della cannabis è influenzata sia dalla distribuzione geografica che dall'attività umana storica.

Implicazioni per la Ricerca Futuro

I risultati di questo studio offrono preziose intuizioni nella diversità genetica della cannabis. Comprendere la sua diversità e come è stata modellata nel tempo può aiutare a informare future ricerche e pratiche di coltivazione.

Sebbene l'approccio di campionamento ampio sia stato efficace, i ricercatori hanno sottolineato che studi più dettagliati potrebbero beneficiare di un approccio mirato che combini campioni storici con dati genetici moderni. Questo potrebbe portare a una migliore comprensione dell'evoluzione e della domestizzazione della cannabis.

Conclusione

In generale, lo studio ha rivelato che la cannabis è meglio compresa come una singola specie con una struttura genetica diversificata modellata dalla sua distribuzione naturale e dall'influenza umana. I risultati evidenziano l'importanza di continuare la ricerca sulla diversità genetica della cannabis, in particolare in aree che sono state storicamente sottorappresentate negli studi.

Utilizzando tecniche genetiche avanzate, i ricercatori possono scoprire le complessità della genetica della cannabis e offrire intuizioni che potrebbero supportare pratiche di coltivazione sostenibili e informare decisioni politiche riguardo al suo uso e alla sua regolamentazione. L'integrazione di campioni storici negli studi moderni è una strada promettente per comprendere meglio il passato e il presente di questa antica pianta.

Fonte originale

Titolo: Integrating target capture with whole genome sequencing of recent and natural history collections to explain the phylogeography of wild-growing and cultivated Cannabis

Estratto: O_LICannabis has provided important and versatile services to humans for millennia. Domestication and subsequent dispersal have resulted in various landraces and cultivars. Unravelling the phylogeography of this genus poses considerable challenges due to its complex history. C_LIO_LIWe relied on a Hyb-Seq approach (combining target capture with shotgun sequencing), with the universal Angiosperms353 enrichment panel, to explore the genetic structure of wild-growing accessions and cultivars by implementing phylogenomic and population genomic workflows on the same Hyb-Seq data. C_LIO_LIOur findings support the treatment of Cannabis as a monotypic genus (C. sativa L.), structured into three main genetic groups--E Asia, Paleotropis, and Boreal--with clear phylogeographic signal despite significant levels of admixture. The E Asia group was sister to the Paleotropis and the Boreal groups. Individuals within the Paleotropis group could be further structured into three subgroups: Iranian Plateau, C & S China and Himalayas, and Indoafrica. Individuals from the Boreal group split into two subgroups: Eurosiberia and W Mongolia and Caucasus and Mediterranean. Hemp and drug-type landraces and cultivars consistently matched their putative geographic origin. C_LIO_LIThese findings enhance our understanding of the genetic patterns in Cannabis and provide a framework for future research into its current and past genetic diversity. C_LI

Autori: Manica Balant, D. Vitales, Z. Wang, Z. Barina, L. Fu, T. Gao, T. Garnatje, A. Gras, M. Q. Hayat, M. Oganesian, J. Pellicer, A. S. Salami, A. P. Seregin, N. Stepanyan-Gandilyan, N. Sultana, S. Tsooj, M. Urgamal, J. Valles, R. van Velzen, L. Pokorny

Ultimo aggiornamento: 2024-10-20 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.17.618884

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.17.618884.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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