Każdego roku uprawiane i dziko rosnące rośliny, w tym konopie indyjskie, starannie planują początek kwitnienia, aby zapewnić udaną wymianę pyłku i produkcję dużych ilości zdolnych do życia nasion. Udomowienie roślin zwykle obejmuje selekcję osobników o „preferowanych” cechach, z których czas kwitnienia jest kluczowy, umożliwiając uprawę w szerszym zakresie środowisk, szczególnie na wyższych szerokościach geograficznych, gdzie pogoda i długość dnia znacznie się zmieniają w zależności od pory roku. Pomimo tego, że uprawiane są od czasów starożytnych, nasze najbardziej zaawansowane odmiany konopi nadal mają dziki (nieudomowiony) czas kwitnienia.

Niedawna praca zespołu Aurora, globalnego licencjonowanego producenta konopi, odkryła jednoliterową zmianę w sekwencji genu, która prawdopodobnie wyjaśnia, dlaczego niektóre rośliny konopi mają różne czasy kwitnienia. Możliwość manipulowania czasem kwitnienia konopi indyjskich może zrewolucjonizować praktyki uprawy i znacznie zmniejszyć wpływ na środowisko i koszty produkcji w branży konopi indyjskich.

Większość zaawansowanych odmian konopi inicjuje kwitnienie, gdy ilość otrzymywanego światła zmniejsza się z około 18 godzin (długie dni) do około 12 godzin (krótkie dni). Ten proces określa się jako „wyzwalanie”, a odmiany, które reagują na tę zmianę długości dnia, nazywane są wrażliwymi na fotoperiod. Ten rodzaj kwitnienia dobrze sprawdza się w pomieszczeniach i szklarniach, gdzie hodowcy mogą kontrolować długość dnia. Co ważne, konopie wrażliwe na światło pozostają wegetatywne, gdy są przechowywane przez długie dni, co pozwala hodowcom na utrzymanie roślin matecznych, z których mogą uzyskać klony do produkcji.

Uprawa w pomieszczeniach iw szklarniach jest jednak bardzo energochłonna ze względu na stosowanie sztucznego oświetlenia i systemów chłodzenia/ogrzewania w celu utrzymania optymalnych temperatur wzrostu. Chociaż uprawa roślin rozmnażanych klonalnie w pomieszczeniach umożliwia produkcję przez cały rok, ślad węglowy oraz koszty energii i pracy stanowią duże wyzwanie dla tej nowej branży. Odmiany wrażliwe na światło są słabo przystosowane do uprawy na wolnym powietrzu na północnych szerokościach geograficznych, na przykład w Kanadzie, gdzie znajduje się Aurora. Skrócona długość dnia wymagana do zainicjowania kwitnienia następuje dopiero w sierpniu, co przesuwa zbiory do października, kiedy znacznie wzrasta ryzyko mrozu i uszkodzeń przez patogeny (patrz ilustracja poniżej).

Sezon wegetacyjny zarówno automatycznie kwitnących, jak i wrażliwych na światło roślin konopi w oparciu o warunki środowiskowe

warunki panujące w Vancouver w Kanadzie (49°15’40”N). Górny panel pokazuje średnią dzienną temperaturę w miesiącu

i średnie miesięczne opady w okresie od marca do grudnia. Środkowy panel przedstawia wzrost na zewnątrz

hipotetycznej automatycznie kwitnącej i wrażliwej na fotoperiod uprawy konopi, zasadzonej pod koniec maja. Spód

panel pokazuje zmianę czasu zachodu słońca, a tym samym długość dnia, jaka wystąpiła w Vancouver w okresie od marca

i grudzień (nie pokazano zmiany czasu z czasu letniego). Konopie wrażliwe na fotoperiod pozostają

stan wegetatywny, dopóki długość dnia nie skróci się do krytycznego progu potrzebnego do zainicjowania kwitnienia, przedstawionego tutaj w połowie sierpnia. W rezultacie zbiory są przesunięte na październik, kiedy temperatury spadły i

opady znacznie wzrosły. Jednak konopie automatycznie kwitnące zaczynają kwitnąć 4-6 tygodni po siewie

niezależnie od długości dnia. Pozwala to na kwitnienie w najbardziej sprzyjających warunkach wzrostu

a następnie zbiory późnym latem. Ilustracja dzięki uprzejmości Aurory.

Rzadziej uprawiany rodzaj konopi, zwykle określany jako automatycznie kwitnący, kwitnie niezależnie od długości dnia (patrz ilustracja powyżej). Odmiany automatycznie kwitnące kwitną po określonej liczbie tygodni po wykiełkowaniu, co oznacza, że ​​hodowcy mogą kontrolować czas kwitnienia, wybierając czas wysiewu nasion. Wybierając odpowiedni termin siewu, konopie indyjskie można uprawiać na zewnątrz przy znacznie mniejszym wpływie na środowisko i na znacznie szerszym zakresie szerokości geograficznych, w tym w Kanadzie. Odmiany automatycznie kwitnące mają jednak zazwyczaj znacznie niższą jakość kwiatów, plony i stężenia kannabinoidów w porównaniu z odmianami wrażliwymi na światło. Aby wyhodować nowe odmiany konopi, które łączą cechę automatycznego kwitnienia z wysokiej jakości kwiatami, potrzebna jest dokładna wiedza na temat mechanizmów genetycznych, które wyjaśniają fenotyp automatycznego kwitnienia.

W artykule opublikowanym w marcu zespół Aurora sugeruje, że wadliwie działający gen w zegarze okołodobowym konopi indyjskich jest odpowiedzialny za niezwykły, ale bardziej przewidywalny czas kwitnienia odmian automatycznie kwitnących. Wszystkie organizmy posiadają wewnętrzne zegary, które pomagają im synchronizować zdarzenia biologiczne z określonymi porami dnia, roku lub cyklu życia. U roślin zegar dobowy pomaga zintegrować zmiany długości dnia z procesami rozwojowymi, takimi jak kwitnienie. Konopie nie różnią się niczym; zegar okołodobowy sygnalizuje czas kwitnienia, kiedy długość dnia zaczyna się skracać późnym latem. Korzystając z badań asocjacyjnych całego genomu i najnowocześniejszych metod biologii molekularnej, zespół Aurora scharakteryzował naturalną mutację w PRR37, genie z rodziny regulatorów pseudoodpowiedzi, który odgrywa centralną rolę w zegarze okołodobowym rośliny. Mutacja PRR37 zakłóca standardowe przetwarzanie cząsteczek informacyjnego RNA i poważnie ogranicza produkcję funkcjonalnego białka PRR37. Jak w przypadku każdego zegara, nieprawidłowo działająca zębatka zakłóci prawidłowy pomiar czasu, aw tym przypadku sprawi, że rośliny konopi zakwitną znacznie wcześniej niż zwykle.

Znajomość dokładnej mutacji, która powoduje autokwitnienie w konopiach (zgłoszenie patentowe), pozwala Aurorze na szybką hodowlę elitarnych odmian automatycznie kwitnących, które można uprawiać komercyjnie na zewnątrz, dając hodowcom więcej opcji i zużywając mniej zasobów do uprawy konopi.

Dr Jose Celedon od ponad 10 lat zajmuje się genomiką roślin i biochemią terpenów w różnych laboratoriach akademickich i przemysłowych. Obecnie kieruje zespołem genetycznym w Aurora, aby rozwijać podstawową wiedzę potrzebną do wyhodowania nowej generacji odmian konopi.

Keegan Leckie jest naukowcem zajmującym się bioinformatyką, który pracuje dla Aurora Cannabis od 2018 roku. Keegan pracuje w programie hodowlanym Aurora, skupiającym się na opracowywaniu elitarnych odmian konopi dla kanałów medycznych i rekreacyjnych, a także na opracowywaniu odmian dla bardziej zrównoważonego przemysłu konopi.