Genes da canábis ajudam a controlar o sexo das plantas

As plantas de canábis não se desenvolvem todas da mesma forma. Algumas formam exclusivamente flores femininas, outras produzem flores masculinas e há ainda plantas que apresentam ambos os tipos.

Esta diferença tem enorme importância para os produtores, pois o sexo das flores influencia desde a qualidade da cultura até ao melhoramento e ao momento da colheita.

Agora, cientistas identificaram um pequeno conjunto de genes que parece contribuir para controlar estes resultados.

A descoberta não só esclarece o desenvolvimento das plantas de canábis, como revela também que a canábis e o lúpulo continuam a partilhar antigos genes sexuais associados à floração, milhões de anos depois de as duas plantas se terem separado.

O ADN por trás do sexo das plantas

Numa pequena secção do cromossoma X da canábis, o sinal que regula o sexo da planta encontra-se concentrado numa única região de ADN bem delimitada.

Ao cartografar a herança de características masculinas, femininas e mistas, Matteo Toscani, da University College Dublin (UCD), mostrou que três genes vizinhos coincidiam de forma consistente com esses resultados.

Essa mesma região permite distinguir as plantas que apresentam apenas flores femininas daquelas que produzem flores dos dois sexos, esclarecendo como um único genoma pode originar várias formas reprodutivas.

Como o efeito resulta de uma zona genética compacta, e não de apenas um gene, a descoberta sugere a existência de um sistema coordenado que requer mais explicações sobre o contributo de cada componente para o resultado final.

De que forma o sexo afeta as culturas

A maioria das plantas com flor reúne estruturas masculinas e femininas na mesma flor, mas a canábis normalmente distribui essa função por plantas distintas.

As plantas femininas de Cannabis sativa possuem dois cromossomas X, enquanto as plantas masculinas têm geralmente um cromossoma X e um Y, incluindo genes frequentemente associados à masculinidade.

Algumas linhagens de cânhamo fogem a este padrão ao produzirem os dois tipos de flores na mesma planta, uma característica útil, mas complexa, para os melhoradores.

“Qual desses genes determina se uma planta se torna masculina ou feminina é desconhecido”, afirmou Rainer Melzer, autor sénior do estudo e professor assistente na UCD.

Uma descoberta genética inesperada na canábis

Muitas pessoas aprendem que os cromossomas Y determinam a masculinidade, mas, neste caso, o sinal da canábis encontrava-se no cromossoma X.

Os dados apontaram para uma pequena região do cromossoma X, e não para o cromossoma Y, contrariando a expectativa habitual baseada nos humanos e em muitos animais.

“Ficámos bastante surpreendidos”, disse Toscani. O resultado foi consistente com trabalhos anteriores sobre canábis de tipo fibroso e levou os investigadores a procurar genes ativos antes de as flores se tornarem visivelmente masculinas ou femininas.

Três genes atuam em conjunto

Ao longo de 60 000 letras de ADN, a equipa destacou CsREM16, lncREM16 e CsKAN4 - três genes com padrões de atividade diferentes.

O CsREM16 estava ativo em plantas femininas e mistas, enquanto o lncREM16 surgia sobretudo em amostras masculinas e poderá bloquear sinais femininos.

Uma menor atividade do CsKAN4 identificou plantas com flores mistas, e esta alteração pode reduzir o controlo hormonal que habitualmente favorece o desenvolvimento feminino.

Em vez de um único gene atuar isoladamente, este mecanismo parece funcionar através de três genes cuja atividade conduz as plantas para diferentes formas sexuais.

Genes partilhados entre lúpulo e canábis

O lúpulo, a planta utilizada na produção de cerveja Humulus lupulus, possui genes REM16 e KAN4 relacionados numa região equivalente do cromossoma X.

Investigações anteriores situaram a canábis e o lúpulo no mesmo antigo par de cromossomas sexuais, com genes associados ao sexo partilhados e datados de aproximadamente 12 a 28 milhões de anos.

Uma vez que os novos genes se localizam nessa região antiga, é provável que o sistema de controlo comum tenha surgido antes de as duas plantas divergirem.

No entanto, as plantas de lúpulo raramente apresentam o hábito de flores mistas, pelo que os pormenores terão provavelmente mudado após a separação das linhagens.

Porque os produtores procuram plantas femininas

Os cervejeiros procuram plantas de lúpulo femininas porque só estas produzem cones, os aglomerados florais papiráceos que dão aroma e sabor à cerveja.

Os produtores de canábis preferem frequentemente as plantas femininas, já que os seus aglomerados florais produzem resina rica em compostos vegetais chamados canabinóides, incluindo canabidiol.

No cânhamo destinado à fibra, as plantas com flores mistas podem crescer de forma mais uniforme, porque os campos evitam diferenças de calendário entre plantas masculinas e femininas.

Uma previsão fiável do sexo poderia permitir aos produtores eliminar cedo as plantas indesejadas, reduzindo espaço desperdiçado, trabalho e perdas de produção.

O sexo das plantas não é imutável

A zona de ADN associada à floração mista, denominada Monoecy1, explicou cerca de 15% da característica, deixando margem para outras influências.

Na segunda geração analisada pela equipa, as plantas em floração incluíam 43% de fêmeas, 29% de plantas mistas e 20,1% de machos.

A origem materna também teve importância: a proporção de descendentes masculinos variou entre 6,8% e 35,9%, consoante a planta feminina que produziu as sementes.

Estes valores alertam os melhoradores de que um único marcador de ADN pode orientar decisões, mas não pode garantir o futuro de cada planta.

A evolução deixou marcas genéticas

As perdas de genes concentraram-se perto da mesma extremidade do cromossoma, indicando que o cromossoma Y perdeu ao longo do tempo cópias correspondentes.

A equipa estimou que 40% das proteínas codificadas nessa região não tinham um equivalente claro no cromossoma Y.

Este tipo de perda acumula-se quando os cromossomas X e Y deixam de trocar ADN, permitindo que as diferenças se multipliquem ao longo das gerações.

Na canábis, o sinal de divergência mais antigo situa-se próximo do mesmo local onde foi agora cartografada a região de controlo sexual.

Prever mais cedo o sexo das plantas

Os melhoradores poderão transformar este mapa em testes precoces capazes de assinalar o provável sexo das plantas antes de os campos ficarem ocupados por flores indesejadas.

Uma amostra de folha poderá indicar se as plântulas transportam versões da região associadas ao crescimento feminino ou a flores mistas.

Ainda assim, o trabalho identifica genes candidatos, e não uma ferramenta concluída, pois os investigadores têm primeiro de provar que estes genes controlam diretamente o desenvolvimento das flores.

Experiências futuras poderão ativar ou desativar os genes e avaliar se os padrões florais se alteram.

O novo mapa relaciona o sexo das flores, o planeamento das culturas e a evolução dos cromossomas numa região compacta de ADN que contém genes partilhados pela canábis e pelo lúpulo.

Para agricultores e cervejeiros, o valor imediato poderá estar numa melhor previsão, enquanto o controlo genético direto dependerá de mais testes.