L’origine génétique du cannabis

L'étude en question a été publiée en 2021 par des chercheurs de l’Université de Lausanne, en Suisse, dans la revue Science Advances. Elle a étudié le génome du cannabis pour en comprendre l’histoire de la domestication.

Le Cannabis Sativa L. est l’une des premières plantes à avoir été domestiquées, mais aussi l’une de celles dont l’histoire est la plus controversée, puisque sa génétique n’a cessé d’évoluer au fil des siècle, accompagnant un vaste mouvement de développement social, économique et culturel des diverses sociétés humaines.

Alors qu’à l’origine, le chanvre était fréquemment utilisé dans la production textile et le secteur alimentaire (notamment l’huile de graines de chanvre), son usage déclina fortement au cours du XXe siècle au profit de cultures de marijuana récréative.

On appelle « marijuana » les plantes qui contiennent plus de 0,3% de THC en poids sec et les auteurs de l’étude ont appelé ce type de produit « Drug-type », c’est-à-dire « type Drogue ».

D’autres études avaient déjà trouvé des traces d’usage de marijuana lors de rituels vieux de plus de 2.500 ans, dans l’Ouest de la Chine. Mais, au cours du temps, le chanvre a connu des usages très divers:

• Fabrication de papier.
• Insecticide.
• Répulsif contre certains animaux.
• Médicaments pour animaux.
• Fabrication de shampoing et de savons.
• Combustible.
• Encens lors de cérémonies.

Le génome du cannabis

Le génome est l'ensemble des instructions génétiques contenues dans un organisme sous la forme d'ADN. On peut aussi parler du génome d’une espèce entière comme c’est le cas du Cannabis Sativa L., l’espèce à laquelle appartiennent les genres marijuana et chanvre.

Chanvre et cannabis: quelle est la différence?

Le chanvre et le cannabis sont il la même chose? D'où viennent ces plantes et quelles sont leurs principales différences? Dans cet article nous répondons à ces questions et nous nous intéressons à leurs origines, leurs usages et leurs méthodes de culture.

La plante de cannabis compte 10 paires de chromosomes et se caractérise par un système chromosomique déterminé par le sexe (masculin XY ou féminin XX), comme c’est le cas chez les humains.

Pour découvrir les origines de cette plante, une connaissance approfondie de son génome et de ses différents regroupements potentiels est essentielle. Seule elle permettra de déterminer d’où elle est originaire.

Quatre groupes de cannabis en fonction de leur génome

Pour éclairer l’histoire de la domestication du cannabis, l’étude a réuni 110 variétés distinctes provenant des quatre coins du monde, en ce compris des pays comme la Suisse, la Chine, l’Inde, le Pakistan ou le Pérou.

Parmi ces variétés, on trouve du cannabis sauvage (plante domestiquée revenue à l’état sauvage et qui a donc recommencé à manifester des caractéristiques sauvages), des landraces, des cultivars historiques et des hybrides modernes de chanvre et de marijuana.

Sur cette base, les chercheurs sont parvenus à séquencer 82 génomes nouveaux et à les combiner avec les 28 génomes connus jusqu’alors. Une fois tous ceux-ci comparés, ils ont regroupé le cannabis en quatre groupes génétiques distincts en fonction de leurs similitudes génétiques :

• Chanvre.
• Marihuana sauvage.
• Marihuana.
• Cannabis basal : ce groupe est un groupe frère de tous les autres.

Alors qu’on aurait pu s’attendre à ne trouver que deux groupes (chanvre et marijuana), l’étude apporta une contribution majeure à notre corpus de connaissance sur cette plante en démontrant l’existence du type « basal », le groupe à partir duquel se sont séparés le chanvre et la marijuana et qui ressemble fortement aux ancêtres sauvages du cannabis.

Origines et évolution du cannabis

On a longtemps cru que les premières cultures de cannabis avaient eu lieu en Asie centrale. Mais l’étude suisse a permis de revoir cette théorie et de déplacer la domestication du cannabis vers l’Est de l’Asie. C’est d’ailleurs dans cette même zone qu’ont été domestiquées plusieurs autres espèces comme le riz, le millet ou encore le soja.

Les auteurs de l’étude sont également parvenus à démontrer que certaines plantes sauvages chinoises sont les parents les plus proches des variétés de chanvre et de marijuana actuels. En d’autres termes, c’est clairement à cet endroit-là que ces deux groupes se sont différenciés du cannabis basal.

Même si le cannabis basal est le plus proche du cannabis originel, il s’agit en fait de variétés anciennement cultivées qui sont retournées à l’état sauvage et ont donc poursuivi un chemin évolutif propre. Pour cette raison, vu la grande quantités de génomes analysés, les résultats de l’étude suggèrent que toutes les variétés exclusivement sauvages de Cannabis Sativa L. se sont éteintes.

La diffusion du cannabis dans le monde

L’étude suggère que les premières variétés domestiquées de marijuana et de chanvre divergèrent du cannabis basal il y a environ 12.000 ans. Les auteurs en ont déduit que ces espèces étaient déjà cultivées au Néolithique.

Ce n’est que quelques siècles plus tard que le cannabis se diffusa à travers le monde, selon les étapes chronologiques suivantes :

1. Est de l’Asie : c’est la région d’origine du cannabis et les dates estimées de sa domestication coïncident avec la datation de céramiques cardiales du Sud de la Chine et de Taiwan (il y a environ 12.000 ans) et d’artefacts en chanvre chinois et japonais vieux d’environ 7.500 ans. Seule une infime partie de ces premières variétés domestiquées furent diffusées depuis ces régions pour ensuite donner naissance au chanvre et à la marijuana, il y a environ 4.000 ans.
2. Europe de l’Ouest et Moyen Orient : c’est il y a 4.000 ans qu’y arrivèrent les premières variétés de chanvre.
3. Ouest de l’Asie : des archéologues y ont trouvé des traces de l’utilisation de cannabis lors de rituels vieux d’il y a environ 2.500 ans.
4. Inde : la plus ancienne trace archéobotanique de cannabis y remonte à 3.000 ans. C’est probablement depuis la Chine que le cannabis gagna l’Inde, en même temps que d'autres cultures. Contrairement à la situation dans l’Est de l’Asie, les textes historiques indiens d'il y a 2.000 ans indiquent que l'espèce était exploitée exclusivement pour ses effets psychoactifs.
5. Afrique : durant les siècles suivants, la marijuana se diffusa dans de nombreuses régions du monde et attint l’Afrique aux environs du XIIIe siècle.
6. Amérique : la marijuana attint l’Amérique latine dans le courant du XVIe siècle et l’Amérique du Nord au début du XXe siècle. Plus tard, à partir de l’année 1970, cette région vit affluer des variétés issues du sous-continent indien. Avant cela, les cultures de chanvre avaient gagné le Nouveau Monde grâce aux colons européens qui y débarquèrent au XVIIe siècle. Ces variétés de chanvre furent ensuite remplacées en Amérique du Nord par du chanvre issu de Chine, au milieu des années 1800.

Proposant cette chronologie, les auteurs de l’étude mettent en avant une expansion rapide du chanvre et de la marijuana à travers le monde au détriment du cannabis basal originaire de l’Est de l’Asie. Celui-ci fut soumis à des sélections divergentes pour remplir des fonctions différentes : la production de fibres ou la consommation de substances psychoactives.

La sélection génétique du cannabis

La sélection des caractéristiques spécifiques du chanvre et de la marijuana, qui permit la différentiation des deux espèce, s’est évidemment reflétée dans son ADN. Et l’étude suisse est parvenue à identifier les principaux gènes responsables de cette différenciation en comparant leur génome respectif.

D’un côté, les auteurs ont comparé les génomes des deux espèces (chanvre et marijuana) avec celui du cannabis basal et, d’un autre côté, ils ont comparé ces deux génomes entre eux. Ils ont ainsi pu identifier les gènes uniques à chaque espèce, ceux qui ont contribué à leur différenciation, ceux qui ont permis la naissance de caractéristiques uniques à chaque espèce :

Chanvre : les chercheurs ont trouvé 134 gènes spécifiques au chanvre, c’est-à-dire qu’ils n’étaient présents ni dans le cannabis originel, ni dans la marijuana. Nombre d’entre eux reflètent un processus de sélection positive destiné à renforcer l’affirmation de certaines caractéristiques du chanvre :

• Gènes D14 et KNAT1 : limitent la prolifération des branches.
• Gènes FLK et EHD3 : associés au temps de floraison et à la photopériode.
• Gènes SS et SPS1 : impliqués dans la biosynthèse de la cellulose et de la lignine.

Marihuana : parmi quelques 472 gènes uniques, voici ceux qui évoquent le plus clairement une sélection positive destinée à améliorer les rendements :

• Gènes NDL2 et DTX48 : contrairement aux sélections opérées sur le chanvre, ces gènes furent sélectionnés pour leur capacité à stimuler la formation de branchage.
• Gènes HUA2 et FPF1 : associés au temps de floraison et à la photopériode.
• Gènes CSE et C4H : impliqués dans la biosynthèse de la cellulose et de la lignine.
• Gène HDR : joue un rôle central dans la synthèse des cannabinoïdes et est possiblement corrélé à la production totale de cannabinoïdes par la plante.

Ces résultats concordent avec les caractéristiques attendues de chaque espèce : d’un côté, le chanvre, une plante peu ramifiée, haute et aux tiges riches en cellulose et pauvres en lignine ; de l’autre, la marijuana qui présente une ramification plus importante et une taille inférieure et qui possède un noyau ligneux riche en lignine, des attributs qui maximisent la production de fleurs et de résine.

Forte de telle résultat, l’étude éclaire d’un jour nouveau l’histoire de la domestication du cannabis et de son exploitation à travers le monde. Mais elle fait plus, puisqu’elle fournit une base de ressources génomiques sans précédent, susceptible d’ouvrir la voie à la sélection moléculaire du cannabis au profit de son amélioration, tant dans le domaine de la médecine que de l’agriculture.

Les inconnues de l’histoire

Même si cette étude nous permet de mieux connaitre l’histoire du cannabis, elle ne répond pas à toutes les questions. Certaines inconnues demeurent qui demandent de plus amples investigations pour encore éclairer davantage cette relation millénaire qui unit les hommes et leurs cultures.

Un exemple parmi d’autres : les chercheurs n’ont analysé que des plantes d’aujourd’hui et ont donc délaissé de nombreux échantillons qui auraient pu s’avérer une voie d’entrée intéressante vers des variétés aujourd’hui disparues. De plus, ils n’ont pas analysé de variétés issues de pays comme la Russie et l’Afghanistan, d’où, pourtant, on pense que proviennent plusieurs variétés ancestrales.

Jusqu’il y a peu, les études génétiques consacrées aux origines du cannabis domestique pêchaient par manque d’ampleur, en plus de n’être pas assez nombreuses pour permettre de tirer des conclusions solides. Les sanctions imposées aux personnes trouvées en possession de marijuana avaient, en effet, profondément découragé la plupart des chercheurs et empêché l’approfondissement de nos connaissances.

La recherche des origines du cannabis se poursuit

Désireux d’éclairer plus encore les origines du cannabis et ses divers usages à travers l’histoire, l’Institut Botànic de Barcelona (IBB) et le Centre Supérieure d’Investigations Scientifiques Espagnol (CSIC) ont entamé un projet de recherche placé sous la direction de Teresa Garnatje, chercheuse qualifiée du CSIC et baptisé « Origine, variabilité morphologique, génétique et chimique, et utilisations traditionnelles du cannabis : bases pour de nouvelles applications ».

Les utilisations traditionnelles du cannabis dans le monde

La première partie de cette étude sera publiée sous peu. Elle s’appuie sur des recherches en ethnobotanique, science interdisciplinaire consacrée à l’étude de l’usage que font les sociétés humaines des ressources végétales.

Ce projet cherche ainsi à étudier les utilisations traditionnelles du cannabis passées et présentes à travers le monde pour se les réapproprier et, de la sorte, ouvrir la voie à de futures recherches.

En guise d’exemple, mentionnons le cas du Népal où les infusions au cannabis sont couramment utilisées comme remède à la gastroentérite. L’évaluation de l’efficacité réelle d’un telle remède pourrait donner lieu à des recherches passionnantes. D’autres études sont envisageables avec le chanvre et ses multiples usages (textile, alimentation, matériaux de construction…).

L’équipe du IBB-CSIC a ainsi crée une base de données en ligne dans laquelle seront versées toutes les connaissances actuelles sur le sujet et qui servira de ressource accessible gratuitement à tous ceux qui s’intéressent au sujet.

La variabilité du cannabis dans le monde

Ce projet de recherche aux larges ambitions prétend aussi étudier les différences morphologiques, chimiques et génétiques qui permettront de distinguer plus finement les diverses espèces de cannabis et de déterminer avec davantage de précision leur origine respective.

Il s’agit notamment de déterminer si la plante de cannabis est sauvage ou sous-spontanée. En d’autres termes, les chercheurs désirent étudier l’hypothèse selon laquelle le cannabis serait issue d’une culture similaire et serait par la suite devenu « sauvage ». Par ailleurs, le projet du IBB-CSIC cherchera encore à déterminer l’effet de chaque variété de cannabis sur des cancers in vitro.

Le lieu d’origine du cannabis sauvage

Contrairement à l’étude menée à l’Université de Lausanne en 2021, ce vaste projet de recherche ne vise pas à déterminer le lieu d’origine du cannabis domestique. En effet, il s’agit plutôt ici de procéder à un échantillonnage très large des zones où fleurissent des plantes sauvages ou semi-sauvages, afin de déterminer un lieu d'origine possible de la plante sauvage.

Ce projet jouit de l’une des très rares autorisations de recherche sur le cannabis délivrées en Espagne. Il n’empêche, puisqu’il revêt un caractère international très marqué, ses participants dénoncent un manque criant de régulation dans de nombreux pays et les difficultés nombreuses qui en résultent. Apparemment, de nombreuses administrations sont dépourvues de protocoles clairs relatifs au transport ou à la culture du cannabis légal dans le cadre de recherches scientifiques, une situation qui entraine de nombreux retards et contretemps.

Malgré les nombreux obstacles qui se dressent sur la route des chercheurs spécialistes du cannabis, ils ne se découragent pas et sont toujours plus nombreux à chercher à faire la lumière sur les origines de la plante et sur sa génétique, ouvrant la porte à de multiples applications pratiques. Il faudra encore attendre pour que ce large projet de recherche dévoile tous ses résultats. Et il y a fort à parier qu’ils nous surprendront.

Références :

Large-scale whole-genome resequencing unravels the domestication history of Cannabis sativa. Guangpeng Ren, Xu Zhang, Ying Li, Kate Ridout, Martha L Serrano-Serrano, Yongzhi Yang.

The origins of cannabis smoking: Chemical residue evidence from the first millennium BCE in the Pamirs. Meng Ren, Zihua Tang, Xinhua Wu, Robert Spengler, Hongen Jiang, Yimin Yang, Nicole Boivin