El cannabis ha sido un cultivo de importancia mundial durante milenios. Aunque hoy en día se le conoce mejor como marihuana por su cannabinoide psicoactivo THC (tetrahidrocannabinol), históricamente ha sido un pilar fundamental de la civilización humana, proporcionando aceite de semillas, textiles y alimentos durante más de 10.000 años.
Hoy en día, el cannabis sigue siendo un recurso poco estudiado y subutilizado, pero la legislación estadounidense aprobada en 2014 y 2018 ha revitalizado el desarrollo de cultivos de cannabis para aplicaciones medicinales, de cereales y de fibra.
Investigadores del Instituto Salk han creado el atlas genético del cannabis más completo, de alta calidad y detallado hasta la fecha. El equipo analizó 193 genomas diferentes de cannabis (conjuntos completos de información genética), revelando una diversidad y complejidad sin precedentes, así como una oportunidad sin explotar en esta especie agrícola fundamental. Este logro histórico fue el resultado de una colaboración plurianual con el Centro de Negocios de Oregón (CBD), la Universidad Estatal de Oregón y el Instituto de Biotecnología HudsonAlpha.
Los hallazgos, publicados en Nature el 28 de mayo de 2025, preparan el escenario para avances transformadores en la agricultura, la medicina y la industria basadas en el cannabis.
El cannabis es una de las plantas más extraordinarias de la Tierra. A pesar de su importancia global como fuente de medicina, alimento, aceite de semillas y fibra durante al menos los últimos 10.000 años, sigue siendo uno de los cultivos principales menos desarrollados de la era moderna, en gran medida debido a un siglo de restricciones legales, afirma Todd Michael, autor principal del estudio y profesor de investigación en Salk.
«Nuestro equipo construyó el mapa genético más completo, o pangenoma, de la planta hasta la fecha al analizar casi 200 genomas de cannabis diversos, lo que demuestra que apenas estamos comenzando a ver todo el potencial de esta increíble planta.
Esas mismas restricciones legales impulsaron una revolución de cultivo clandestino, revelando el poder del cannabis como fábrica química. Con este nuevo modelo genómico, ahora podemos aplicar el cultivo moderno para descubrir nuevos compuestos y rasgos en la agricultura, la medicina y la biotecnología.
Antecedentes: El cannabis como potencia química
El cannabis sativa, también conocido como cáñamo, es una planta con flores originaria de Asia. El cannabis posee numerosas características únicas que lo han convertido en un cultivo destacado a lo largo de la historia de la humanidad, como su capacidad para producir fibras resistentes para textiles o sus propiedades medicinales, derivadas de ser una de las pocas plantas que produce grandes cantidades de cannabinoides. Los innovadores actuales sugieren que el aceite de cannabis podría rivalizar con la canola o la soja con el cultivo adecuado, o que los derivados del cannabis podrían incluso utilizarse como una alternativa sostenible al combustible para aviones.
El cannabis es una potencia química. Puede producir más del 30 % de su peso seco en forma de terpenos y cannabinoides, pequeñas sustancias químicas que la planta produce para protegerse de los depredadores, pero que los humanos aprovechamos para alterar el estado de ánimo. Los terpenos crean los exquisitos aromas que nos atraen de las frutas y flores, mientras que los cannabinoides interactúan con el cuerpo humano para proporcionar numerosas propiedades terapéuticas.
Un cannabinoide, el cannabidiol (CBD), no psicodélico, amplió la visión del público sobre el cannabis cuando se utilizó la cepa «Charlotte’s Web» para tratar las convulsiones epilépticas. El CBD, el tetrahidrocannabinol (THC) y más de 100 cannabinoides poco estudiados se han utilizado para tratar diversas dolencias, como el dolor, la artritis, las náuseas, el asma, la depresión y la ansiedad.
Es importante destacar que el impacto que este cultivo selectivo ha tenido en la diversidad genómica del cannabis sigue siendo un misterio. Resolver este misterio ha resultado difícil, dado que el cannabis tiene un genoma complejo .
En primer lugar, el cannabis se encuentra entre menos del 5% de las plantas que presentan sexos femenino y masculino diferenciados en plantas separadas. En segundo lugar, los genomas del cannabis contienen numerosos elementos transponibles, que son fragmentos repetitivos de ADN que pueden «saltar» dentro del genoma y, por lo tanto, son difíciles de rastrear.
Descubrimientos clave: Patrones genéticos nuevos y sorprendentemente diversos
Los científicos utilizan una tecnología llamada secuenciación para determinar los patrones de los ácidos nucleicos, que se conectan a través de la doble hélice del ADN para formar pares de bases, a lo largo de las cadenas de ADN. Los métodos tradicionales de secuenciación de lectura corta fragmentan el ADN para analizarlo pieza por pieza, solo unos pocos cientos de pares de bases a la vez. Las técnicas más recientes de secuenciación de lectura larga pueden capturar miles de pares de bases a la vez.
«Existen límites a lo que se puede descubrir con las tecnologías de secuenciación de lectura corta, ya que esos fragmentos genéticos cortos son imposibles de unir de forma significativa cuando se observan regiones complejas del genoma, especialmente secuencias de ADN repetitivas», afirma la coautora principal Lillian Padgitt-Cobb, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Michael.
Somos de los primeros en aprovechar esta tecnología de lectura larga a gran escala en el contexto del pangenoma, lo que conlleva conocimientos sobre la variación estructural y el ordenamiento genético que pueden fundamentar decisiones finales sobre la reproducción de rasgos favorables en las plantas de cannabis.
El estudio no es el primero en utilizar la secuenciación de lectura larga; de hecho, el propio Michael fue el primer investigador en generar un genoma de cannabis a nivel cromosómico utilizando la secuenciación de lectura larga en 2018, lo que reveló una arquitectura genética compleja donde se sintetizan los cannabinoides y explicó la historia del cultivo detrás de la antiepiléptica Charlotte’s Web.
Este nuevo estudio destaca por su exhaustividad. Contiene la mayor cantidad de genomas hasta la fecha, es el primero en incluir cromosomas sexuales y, por consiguiente, el primero en lograr resolución de haplotipos.
El cannabis es una planta diploide. Esto significa que, al igual que los humanos, contiene dos juegos de cromosomas: uno heredado de una planta macho y el otro de una planta hembra.
Si bien la mayoría de los genomas publicados hasta la fecha solo han podido decodificar un cromosoma, lo que se conoce como resolución de haplotipos, el equipo resolvió ambos conjuntos de cromosomas del cannabis. Al analizar ambos conjuntos de cromosomas, los investigadores revelaron una cantidad sin precedentes de variación genética, posiblemente hasta 20 veces mayor que la de los humanos.
«Con esta resolución de haplotipos», explica Padgitt-Cobb, «podemos observar lo que se heredó de una sola de las plantas progenitoras y comenzar a comprender la crianza y los antecedentes de esa planta».
El estudio del equipo recopiló genomas de 144 plantas de cannabis diferentes de todo el mundo para ensamblar un total de 193 genomas, 181 de los cuales nunca se habían catalogado previamente. El total de genomas es mayor que el total de plantas debido a la resolución de haplotipos, ya que cada planta con ambos conjuntos de cromosomas investigados produjo dos conjuntos de genomas. En conjunto, estos genomas conforman el pangenoma, que se analizó para comprender la magnitud total de la diversidad genética dentro de la especie de cannabis.
La alta calidad de los genomas recolectados permitió a los investigadores resolver patrones genéticos nunca antes vistos, incluida la arquitectura de los genes responsables de la síntesis de cannabinoides y, al incorporar los cromosomas sexuales, una primera mirada a los cromosomas Y del cannabis.
Su primer descubrimiento fue la existencia de una diversidad inesperada dentro de la especie. En el pangenoma, el 23 % de los genes se encontraban en cada genoma, el 55 % eran casi universales (presentes en el 95 %-99 % de los genomas), el 21 % se encontraba entre el 5 % y el 94 % de los genomas, y menos del 1 % eran completamente únicos. Algunos de los genes más universales eran los que producen cannabinoides.
Si bien los genes cannabinoides fueron consistentes en todos los genomas, no así los genes relacionados con el metabolismo de los ácidos grasos, el crecimiento y la defensa. Estos genes variables constituyen un grupo de reproducción sin explotar, y su reproducción selectiva también podría aumentar la resistencia del cannabis en el campo o mejorar el contenido nutricional del aceite de cáñamo para competir con los aceites de semillas existentes.
En particular, el equipo de investigación descubrió que la variación estructural en la vía biosintética de los ácidos grasos contribuye a la producción de tetrahidrocannabivarina (THCV), un cannabinoide raro de tipo varina que está ganando atención por sus efectos energizantes y no psicoactivos.
Al analizar con mayor detalle los genes cannabinoides en todo el pangenoma, los investigadores concluyeron que dos genes, THCAS y CBDAS, probablemente se encuentran bajo una fuerte presión selectiva debido a la crianza dirigida por humanos para el contenido de THC y CBD. Cabe destacar que descubrieron que los genes cannabinoides se encuentran en elementos transponibles. La crianza selectiva para genes dentro de estos elementos transponibles «saltadores» ha generado, a su vez, una inmensa diversidad entre las plantas de cannabis.
Mirando hacia el futuro: Optimización de plantas para la salud y la industria
Los investigadores también identificaron objetivos interesantes para la optimización agrícola. En primer lugar, al observar las diferencias entre los genomas europeos y asiáticos, concluyeron que probablemente exista un antiguo pariente del cannabis en algún lugar de Asia esperando ser descubierto. Este pariente silvestre poseerá nuevas adaptaciones genéticas relacionadas con su singular historia ambiental, lo que lo convierte en una fuente inagotable de información para el cultivo de plantas de cannabis más resilientes.
Finalmente, el novedoso descubrimiento de los cromosomas sexuales reveló que existen genes presentes únicamente en las plantas «padre» que pueden utilizarse para generar descendencia con mejor rendimiento. El cultivo moderno de marihuana aprovecha la «feminización», donde los agricultores inducen a una planta hembra a producir flores masculinas, ignorando por completo el cromosoma Y.
Estos nuevos hallazgos sugieren que los programas de mejoramiento genético podrían estar descuidando la valiosa diversidad genética y el potencial de rasgos codificados en esos genomas masculinos ignorados. Incorporar plantas macho auténticas en las estrategias de mejoramiento genético podría generar ganancias genéticas pasadas por alto y ampliar las oportunidades de mejora de los cultivos.
«En los últimos 10 años, los cultivadores han hecho un buen trabajo aumentando el rendimiento y convirtiendo el cannabis en un cultivo económicamente viable», afirma el coautor Ryan Lynch, investigador postdoctoral en el laboratorio de Michael.
«Una vez que exista interés en el mercado, sumado a estos nuevos conocimientos sobre los genomas del cannabis que puedan orientar los esfuerzos de mejoramiento, preveo un gran auge del cáñamo y sus aceites, tanto en la salud humana como en aplicaciones industriales».
A corto plazo, el equipo espera que el pangenoma sirva como un recurso dinámico que los investigadores de todo el mundo puedan aprovechar y utilizar para informar las estrategias de cultivo, ayudando a aprovechar el potencial sin explotar del cannabis como un valioso cultivo de usos múltiples para obtener fibra, aceite de semillas y medicina.
Más información: Ryan C. Lynch et al., Sintetasas de cannabinoides domesticadas en un pangenoma de cannabis en mosaico silvestre, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09065-0
