Przez wiele lat rozwój nowych odmian konopi kojarzył się przede wszystkim z krzyżowaniem roślin posiadających pożądane cechy. Wysoka zawartość THC, charakterystyczny profil terpenowy, duża produkcja kwiatów, krótki czas kwitnienia czy automatyczne kwitnienie były utrwalane poprzez kolejne pokolenia selekcji. W XXI wieku do tradycyjnego warsztatu hodowcy dołączyły jednak narzędzia, które pozwalają zajrzeć znacznie głębiej – bezpośrednio do genomu Cannabis sativa.
Sekwencjonowanie DNA, analiza SNP, badania GWAS, pangenomika oraz uczenie maszynowe zaczynają zmieniać sposób, w jaki naukowcy patrzą na genetykę konopi. Szczególnie interesującym materiałem badawczym okazują się tradycyjne populacje określane jako landrace.
Nie chodzi wyłącznie o ich historię czy egzotyczne pochodzenie. Z naukowego punktu widzenia najważniejsze jest coś innego: populacje te mogą zawierać warianty genetyczne, których częstotliwość w nowoczesnych odmianach została ograniczona przez wieloletnią selekcję.
Właśnie dlatego przyszłość breedingu konopi może zależeć nie tylko od tworzenia nowych krzyżówek, ale również od dokładnego poznania różnorodności, która już istnieje.
Landrace jako populacja genetyczna, a nie tylko „stara odmiana marihuany”
W języku rynku nasion określenie landrace bywa stosowane bardzo szeroko. Z punktu widzenia genetyki populacyjnej sprawa jest bardziej skomplikowana.
Tradycyjne populacje konopi powstawały w wyniku długotrwałego działania kilku procesów jednocześnie. Znaczenie miała naturalna selekcja środowiskowa, ale również selekcja dokonywana przez człowieka, przepływ genów pomiędzy populacjami, mutacje, dryf genetyczny oraz geograficzna izolacja.
Historia Cannabis sativa jest przy tym silnie związana z człowiekiem. Konopie były przemieszczane i wykorzystywane przez tysiące lat, dlatego dzisiejszych populacji nie należy traktować jako prostych, całkowicie „dzikich” odpowiedników przodków współczesnych odmian.
Badania całych genomów wskazują, że historia udomowienia Cannabis jest znacznie bardziej złożona niż popularny podział na „sativa” i „indica”. Analizy genomowe ujawniają grupy związane zarówno z konopiami włóknistymi, jak i typami użytkowanymi ze względu na kannabinoidy oraz populacjami zdziczałymi. Oznacza to, że pochodzenie geograficzne i historia selekcji są dla genetyki znacznie ważniejsze niż sama nazwa handlowa odmiany.
Dlaczego naukowcy interesują się właśnie starymi populacjami Cannabis?
W nowoczesnej hodowli roślin jednym z podstawowych problemów jest zawężanie puli genetycznej.
Jeżeli przez kolejne pokolenia wybierane są osobniki posiadające konkretne właściwości, część innych wariantów DNA może stopniowo zanikać. Jest to naturalna konsekwencja selekcji.
W przypadku konopi sytuację dodatkowo komplikuje historia prohibicji. Przez znaczną część XX wieku rozwój publicznych banków genów, standaryzowanych kolekcji badawczych oraz dużych programów hodowlanych Cannabis był znacznie bardziej ograniczony niż w przypadku wielu tradycyjnych roślin rolniczych.
Dlatego landrace oraz naturalizowane populacje konopi są interesujące jako germplasm, czyli materiał genetyczny mogący zawierać warianty przydatne w przyszłych programach badawczych i hodowlanych.
Nie oznacza to, że każda stara populacja automatycznie posiada wyjątkowe właściwości. Jej wartość trzeba dopiero wykazać poprzez genotypowanie, fenotypowanie i porównanie z innymi populacjami.
233 624 SNP – naukowcy tworzą genetyczną mapę irańskich landrace
Jednego z najciekawszych przykładów dostarczyło badanie opublikowane w 2026 roku w „The Plant Genome”.
Naukowcy przeanalizowali 145 irańskich zasobów Cannabis sativa typu landrace, wykorzystując 233 624 wysokiej jakości polimorfizmy pojedynczego nukleotydu, czyli SNP.
SNP można w uproszczeniu traktować jako różnice pojedynczych „liter” DNA występujące pomiędzy osobnikami. Analiza setek tysięcy takich miejsc pozwala badać strukturę populacji oraz szukać związków pomiędzy wariantami genomu i określonymi cechami roślin.
Do tego celu wykorzystuje się między innymi GWAS – Genome-Wide Association Study, czyli badanie asocjacyjne całego genomu.
Zamiast pytać wyłącznie:
„Która roślina kwitnie wcześniej?”
można postawić znacznie bardziej precyzyjne pytanie:
„Które warianty DNA statystycznie współwystępują z wcześniejszym kwitnieniem?”
W badaniu irańskich landrace wykryto 91 istotnych regionów genomu związanych z 40 cechami fenologicznymi, morfologicznymi i fitochemicznymi. Piętnaście loci wykazywało działanie plejotropowe, czyli było powiązanych z więcej niż jedną cechą.
Badacze wskazali zależności dotyczące między innymi czasu kwitnienia, architektury roślin, produkcji biomasy oraz biosyntezy kannabinoidów.
To właśnie takie dane sprawiają, że landrace stają się interesujące nie tylko dla kolekcjonerów genetyki, ale również dla biologii molekularnej.
Jedno locus może wpływać na kilka pozornie różnych cech
Szczególnie interesującym zjawiskiem jest plejotropia.
W klasycznym, uproszczonym spojrzeniu na genetykę można wyobrażać sobie, że jeden gen odpowiada za jedną konkretną właściwość. W rzeczywistych organizmach zależności są zazwyczaj znacznie bardziej skomplikowane.
W irańskich landrace niektóre regiony genomu były związane jednocześnie z czasem kwitnienia, architekturą rośliny, produkcją biomasy, a nawet metabolizmem kannabinoidów.
Jednym z interesujących obszarów był CsFTL3, związany przede wszystkim z regulacją kwitnienia. Badanie wskazało jednak jego powiązania także z innymi właściwościami rozwojowymi, a nawet z zawartością CBDV.
Podobnie locus określone jako CsCFL1 – CircadianFloweringLocus1 wykazywało związki z wieloma cechami dotyczącymi kwitnienia, morfologii i biomasy.
To ważne dla breedingu, ponieważ selekcjonowanie jednej cechy może pośrednio wpływać na inne.
Nowoczesna hodowla genetyczna nie polega więc wyłącznie na znalezieniu „genu wysokiego plonu” albo „genu szybkiego kwitnienia”. Trzeba zrozumieć sieć zależności pomiędzy genami, rozwojem rośliny, metabolizmem i środowiskiem.
Genetyka autoflowering okazuje się bardziej złożona
Szczególnie interesującym przykładem jest automatyczne kwitnienie.
Odmiany autoflowering rozpoczynają zasadniczą fazę kwitnienia w sposób znacznie mniej zależny od długości dnia niż klasyczne odmiany fotoperiodyczne. Przez lata cecha ta była wykorzystywana przez breederów przede wszystkim na podstawie obserwacji fenotypu.
Genomika pozwala spojrzeć na ten mechanizm znacznie dokładniej.
W badaniu opublikowanym w 2026 roku w „Scientific Reports” analizowano 25 irańskich populacji landrace reprezentowanych przez 145 accessions.
Przez kolejne tygodnie naukowcy mierzyli sześć parametrów morfofizjologicznych, między innymi wysokość, średnicę łodygi, tempo wzrostu, liczbę węzłów, długość międzywęźli i indeks chlorofilu SPAD.
Jednocześnie analizowano genom roślin.
Powstał zbiór obejmujący 234 002 cechy genomowe, morfofizjologiczne i środowiskowe.
Do analizy wykorzystano uczenie maszynowe.
Algorytmy pozwoliły ograniczyć ogromny zestaw informacji do 53 szczególnie użytecznych cech: 22 wariantów genomowych i 31 parametrów morfofizjologicznych, które umożliwiały klasyfikowanie roślin jako automatycznie, wcześnie lub późno kwitnące.
Co jeszcze ciekawsze, wskazano dwa nowe loci związane z kwitnieniem niewrażliwym na fotoperiod: CsFTL3 (Autoflower3) oraz CsCFL1 (CircadianFloweringLocus1).
Pokazuje to, że określenie „gen autofloweringu” może być zbyt dużym uproszczeniem. Fenotyp kwitnienia jest rezultatem działania wielu elementów biologicznego systemu regulacyjnego.
Fenotyp to nie to samo co genotyp
To prowadzi do jednej z najważniejszych zasad współczesnej genetyki roślin.
Genotyp nie jest równoznaczny z fenotypem.
DNA określa biologiczny potencjał organizmu, ale ostateczny wygląd i zachowanie rośliny zależą również od środowiska oraz interakcji pomiędzy wieloma genami.
Dwie rośliny posiadające podobny potencjał genetyczny mogą wyglądać inaczej, jeśli rozwijają się w odmiennych warunkach. Z drugiej strony podobny fenotyp nie musi oznaczać identycznego podłoża genetycznego.
Dlatego współczesne badania Cannabis coraz częściej łączą genomikę z precyzyjnym fenotypowaniem.
Dobrym przykładem jest właśnie analiza irańskich populacji, w której dane DNA zestawiono z wielotygodniowymi pomiarami wzrostu i rozwoju roślin.
To znacznie bardziej zaawansowane podejście niż tradycyjne porównanie kilku gotowych roślin po zakończeniu cyklu.
Pangenom Cannabis pokazuje, jak wiele może ukrywać pojedynczy genom referencyjny
Jeszcze dalej idzie pangenomika.
Klasyczne badania genomowe często porównują rośliny z jednym genomem referencyjnym. Problem polega na tym, że pojedyncza roślina nie posiada wszystkich wariantów DNA występujących w całym gatunku.
Pangenom ma rozwiązywać ten problem poprzez zestawienie wielu genomów.
W opublikowanym w 2025 roku badaniu naukowcy zbudowali pangenom Cannabis na podstawie 181 nowych oraz 12 wcześniej opublikowanych genomów, reprezentujących łącznie 144 biologiczne próbki roślin męskich i żeńskich.
Rezultaty pokazały szeroką zmienność genetyczną i strukturalną w obrębie gatunku.
Oznacza to, że różnice pomiędzy konopiami nie ograniczają się wyłącznie do pojedynczych SNP. Mogą obejmować większe fragmenty DNA, różną liczbę kopii genów, elementy transpozycyjne oraz inne zmiany strukturalne.
Dla przyszłości breedingu ma to ogromne znaczenie.
Jeżeli określonego fragmentu genomu nie ma w używanym materiale hodowlanym, nie można go odzyskać poprzez kolejne krzyżowanie roślin należących wyłącznie do tej samej ograniczonej puli genetycznej.
Trzeba znaleźć go gdzie indziej.
I właśnie tutaj szerokie kolekcje landrace oraz innych populacji Cannabis nabierają szczególnej wartości.
Zaskakujący paradoks genów odpowiedzialnych za THC i CBD
Badanie pangenomu przyniosło jeszcze jeden ciekawy wynik.
Regiony genomu Cannabis mogą wykazywać bardzo dużą zmienność strukturalną, jednak geny kodujące syntazy kannabinoidowe odpowiedzialne za produkcję prekursorów CBD i THC charakteryzowały się stosunkowo niewielką różnorodnością.
Były przy tym osadzone w bardziej zmiennym regionie zawierającym między innymi liczne pseudogeny, zmiany strukturalne i odmienne układy elementów transpozycyjnych.
To dobry przykład pokazujący, dlaczego sama analiza zawartości THC lub CBD nie opisuje pełnej różnorodności genetycznej Cannabis.
Dwie populacje mogą różnić się pod względem ogromnej liczby elementów genomu, nawet jeżeli część najważniejszych genów związanych z biosyntezą głównych kannabinoidów jest stosunkowo konserwatywna.
Landrace mogą pomagać w odkrywaniu genów odpowiedzialnych za adaptację
Jednym z najbardziej interesujących kierunków badań jest adaptacja środowiskowa.
Jeżeli populacja Cannabis przez wiele pokoleń występowała w określonym regionie, działanie lokalnej presji selekcyjnej mogło zwiększać częstotliwość wariantów korzystnych w konkretnych warunkach.
Nie oznacza to jednak prostego schematu:
„landrace z pustyni = gen odporności na suszę”.
Odporność na stres środowiskowy jest zazwyczaj cechą złożoną. Może zależeć od wielu genów, budowy korzeni, morfologii liści, gospodarki wodnej, czasu kwitnienia, metabolizmu oraz interakcji genotyp × środowisko.
Naukowcy muszą więc najpierw ustalić, czy obserwowana cecha jest rzeczywiście dziedziczna, następnie znaleźć powiązane warianty genetyczne i dopiero później sprawdzić ich działanie w innych populacjach.
Landrace nie dostarczają gotowych odpowiedzi.
Dostarczają różnorodności potrzebnej do zadawania nowych pytań.
Zdziczałe konopie w USA również okazały się cennym zasobem genetycznym
Podobne znaczenie mogą mieć populacje feralne, czyli takie, które wywodzą się z dawnych upraw, ale od wielu pokoleń rozmnażają się bez regularnej ingerencji człowieka.
W badaniu opublikowanym w 2025 roku w „Scientific Reports” przeanalizowano 760 zdziczałych roślin Cannabis sativa z 12 stanów USA.
Materiał pochodził z większej kolekcji obejmującej ponad 1800 roślin i 91 populacji.
Genotypowanie pozwoliło uzyskać ponad 159 tysięcy polimorficznych SNP, z których po filtracji pozostawiono 21 037 wysokiej jakości markerów.
Analizy ADMIXTURE i PCA pozwoliły wyróżnić kilka grup genetycznych związanych z pochodzeniem geograficznym.
Badacze analizowali również gen CBDAS i profile kannabinoidowe.
Wniosek był istotny z punktu widzenia hodowli: zdziczałe populacje mogą stanowić źródło germplasm dla tworzenia nowych, regionalnie przystosowanych odmian.
To pokazuje, że wartościowej różnorodności nie należy szukać wyłącznie w katalogach współczesnych producentów nasion.
Bank genów jest dla breedera tym, czym biblioteka dla naukowca
Jeżeli różnorodność genetyczna ma być wykorzystywana za 20, 50 czy 100 lat, trzeba ją najpierw zachować.
W przypadku Cannabis przez długi czas był to poważny problem.
Jeszcze w 2022 roku naukowcy zwracali uwagę na niedobór publicznie dostępnych repozytoriów germplasm Cannabis. Sytuacja zaczęła się jednak zmieniać.
USDA Agricultural Research Service rozwija w Geneva w stanie Nowy Jork publiczną kolekcję zasobów genetycznych konopi. Według aktualnych informacji USDA kolekcja rozwijana od 2021 roku obejmuje ponad 600 accessions pochodzących z 35 krajów.
Nie chodzi przy tym wyłącznie o przechowywanie nasion.
Materiał jest charakteryzowany pod względem genetycznym i fenotypowym, a USDA opracowało standardy dotyczące między innymi morfologii, cech agronomicznych, odporności na patogeny oraz profilu metabolicznego.
To bardzo ważna różnica.
Nasiono przechowywane w chłodni jest zasobem.
Nasiono, którego pochodzenie, genom i fenotyp zostały dokładnie opisane, staje się narzędziem naukowym.
Zachowanie nasion nie wystarczy – trzeba chronić integralność populacji
Konopie stawiają bankom genów dodatkowe wyzwanie.
Cannabis sativa jest gatunkiem wiatropylnym, a wiele tradycyjnych populacji jest dwupiennych. Podczas okresowego rozmnażania materiału przechowywanego w banku łatwo więc doprowadzić do przypadkowego zapylenia pomiędzy różnymi populacjami.
Wtedy kolekcja formalnie nadal istnieje, ale jej pierwotna struktura genetyczna może zostać zmieniona.
Dlatego konserwacja germplasm wymaga nie tylko przechowywania nasion, lecz również kontroli zapylenia, odpowiednio licznych populacji regeneracyjnych, dokumentowania pochodzenia oraz monitorowania zmian genetycznych.
W przypadku landrace ma to szczególne znaczenie, ponieważ ich wartością jest często nie pojedynczy genotyp, ale różnorodność całej populacji.
Marker-assisted selection – czy DNA zacznie decydować o selekcji nowych odmian?
Jednym z praktycznych rezultatów badań genomowych może być rozwój MAS – marker-assisted selection, czyli selekcji wspomaganej markerami.
Tradycyjnie breeder musi poczekać, aż roślina ujawni interesujący fenotyp.
Jeżeli jednak określony marker DNA zostanie wiarygodnie powiązany z konkretną cechą, część selekcji może być wykonywana wcześniej.
Nie oznacza to końca klasycznego phenohuntingu.
Marker wskazuje określony wariant genetyczny, ale końcowy fenotyp nadal zależy od wielu innych genów i środowiska. Dlatego najbardziej prawdopodobnym kierunkiem rozwoju breedingu jest łączenie kilku metod:
genotypowania + fenotypowania + analizy środowiska + statystyki + uczenia maszynowego.
Landrace mogą być w tym systemie źródłem alleli, których brakuje w popularnych liniach komercyjnych.
Czy AI pomoże odnaleźć najcenniejsze geny Cannabis?
Wraz ze wzrostem liczby analizowanych genomów pojawia się kolejny problem: ilość danych staje się zbyt duża do klasycznej analizy.
Jedna populacja może dostarczyć setek tysięcy SNP. Do tego dochodzą dane o ekspresji genów, metabolitach, morfologii, warunkach środowiskowych i przebiegu rozwoju.
Badanie kwitnienia irańskich landrace pokazało już praktyczne zastosowanie machine learningu. Z ponad 234 tysięcy analizowanych parametrów algorytmy wyodrębniły niewielką grupę cech najbardziej użytecznych do klasyfikacji czasu kwitnienia.
W przyszłości podobne podejście może pomagać identyfikować kombinacje markerów związanych z wieloma bardziej złożonymi właściwościami.
Nie oznacza to, że sztuczna inteligencja „zaprojektuje idealną odmianę”. Bardziej realistyczny scenariusz zakłada wykorzystanie algorytmów do wyszukiwania zależności, które następnie muszą zostać zweryfikowane biologicznie.
Przyszłość breedingu może zacząć się od katalogowania przeszłości
Przez dziesięciolecia największe zainteresowanie rynku wzbudzały nowe odmiany marihuany. Tymczasem współczesna genomika pokazuje, że równie ważnym zadaniem może być dokładne opisanie tego, co już istnieje.
Landrace, populacje naturalizowane i stare zasoby genetyczne mogą zawierać allele związane z kwitnieniem, architekturą roślin, metabolizmem kannabinoidów, biomasą i adaptacją środowiskową.
Nie każda tradycyjna populacja okaże się cenna dla konkretnego programu hodowlanego. Nie każda obserwowana cecha będzie łatwa do przeniesienia do nowej odmiany. A znalezienie korelacji w badaniu GWAS nie oznacza jeszcze udowodnienia prostego związku przyczynowego.
Właśnie dlatego potrzebne są dalsze badania.
Jednak kierunek zmian jest już widoczny.
Breeding Cannabis powoli przechodzi od epoki, w której selekcjonowano głównie to, co można było zobaczyć i zmierzyć na roślinie, do epoki, w której można jednocześnie analizować fenotyp, setki tysięcy markerów DNA, strukturę całego genomu oraz wpływ środowiska.
W takim świecie stare populacje landrace przestają być wyłącznie ciekawostką z historii konopi.
Stają się biblioteką wariantów genetycznych.
A im dokładniej nauka potrafi tę bibliotekę odczytać, tym większa szansa, że genetyka zachowana przez dziesiątki lub setki pokoleń zostanie wykorzystana do tworzenia odmian Cannabis przyszłości.
