George Stack et ses collègues de l'Université Cornell et de l'Université d'État du Colorado ont démontré que les cannabinoïdes comme le CBD et le CBG aident à défendre les plantes de cannabis contre les herbivores. La nouvelle étude fournit la preuve que la production de ces composés est bénéfique pour l’évolution des plantes. L'article, publié dans Recherche horticole, ont montré que des concentrations plus élevées de cannabinoïdes dans les feuilles de chanvre entraînaient proportionnellement moins de dégâts causés par les larves d'insectes. Cela pourrait ouvrir la voie à la mise au point de meilleurs pesticides.

Pourquoi les plantes créent-elles des cannabinoïdes ?

Les composés produits par les plantes de cannabis, appelés cannabinoïdes, ont été largement étudiés pour leurs effets sur les humains. Cependant, leur fonction naturelle et leur objectif pour les plantes elles-mêmes restent flous. Les explications possibles ont été la protection contre les herbivores, les agents pathogènes ou même la lumière ultraviolette.

"On a supposé qu'il s'agissait de composés défensifs, car ils s'accumulent principalement dans les fleurs femelles pour protéger les graines, ce qui est un concept assez courant chez les plantes", a déclaré Larry Smart, sélectionneur de plantes et professeur à l'Université Cornell, dans un communiqué de presse.

"Mais personne n'a rassemblé un ensemble complet de résultats expérimentaux pour montrer une relation directe entre l'accumulation de ces cannabinoïdes et leurs effets nocifs sur les insectes", a déclaré Smart, auteur principal de l'étude.

Ces métabolites spécialisés sont produits dans les trichomes glandulaires et stockés en concentrations élevées dans les tissus floraux. Pour tester l’hypothèse selon laquelle les cannabinoïdes aident à défendre les plantes de cannabis contre les insectes herbivores, les chercheurs ont mené des études sur le terrain, des essais contrôlés d’alimentation en laboratoire et des analyses microscopiques.

L'équipe a utilisé une variété génétique F₂ population de chanvre ségrégué pour le type et la concentration de cannabinoïdes. Cette variation leur a permis de comparer directement les impacts de différents profils de cannabinoïdes sur les dommages et les préférences des herbivores dans les mêmes conditions environnementales. En combinant des observations de terrain réelles avec des expériences soigneusement contrôlées, les chercheurs ont cherché à démontrer si la production de cannabinoïdes apportait un bénéfice évolutif aux plantes de cannabis.

Les cannabinoïdes réduisent l’alimentation et la croissance des insectes

Les chercheurs ont trouvé des preuves issues de multiples expériences selon lesquelles des concentrations plus élevées de cannabinoïdes protègent les plantes de cannabis des insectes herbivores. Dans les études sur le terrain, les plantes de chanvre avec des niveaux de cannabinoïdes plus élevés dans leurs feuilles ont subi moins de dommages causés par les coléoptères et autres ravageurs broyeurs au cours d'une saison de croissance. L’équipe a également mené des essais contrôlés au cours desquels les chenilles de l’arpenteuse du chou ont été autorisées à se nourrir de feuilles de chanvre contenant des concentrations de cannabinoïdes élevées ou faibles. Les larves mangeaient moins de feuilles et prenaient moins de poids en mangeant des feuilles contenant des cannabinoïdes.

L’équipe a identifié que les cannabinoïdes constituaient un problème pour les herbivores. Pour ce faire, ils ont ajouté différentes doses des composés CBDA et CBGA à un régime alimentaire artificiel contre les insectes. Les chenilles ont montré une diminution des taux de survie et de croissance proportionnellement à la dose de cannabinoïdes ajoutée à leur nourriture. Ce résultat indique que les cannabinoïdes dissuadent les herbivores directement par leurs effets post-ingestion, et pas seulement en donnant un mauvais goût aux plantes.

"L'étude nous donne un aperçu du fonctionnement des cannabinoïdes dans les systèmes naturels et peut nous aider à développer de nouveaux cultivars de chanvre conformes au THC qui maintiennent ces défenses naturelles intégrées contre les herbivores", a déclaré George Stack, chercheur postdoctoral au laboratoire de Smart et premier auteur de l'article. auteur.

Examiner comment divers niveaux de cannabinoïdes affectent la défense

Les chercheurs ont utilisé pour leur étude une population diversifiée de chanvre présentant une variation génétique naturelle des niveaux de cannabinoïdes. En utilisant la microscopie électronique à balayage, l’équipe a observé des différences notables dans la structure des trichomes glandulaires entre les plantes de chanvre présentant des concentrations élevées et faibles de cannabinoïdes. Les trichomes semblaient déformés et effondrés dans les chémotypes à faible teneur en cannabinoïdes. Ce résultat est significatif car les cannabinoïdes sont produits dans ces trichomes glandulaires.

Lors des essais d'alimentation, les chenilles de la fausse-arpenteuse du chou étaient moins susceptibles de se nourrir du dessous des feuilles contenant des niveaux de cannabinoïdes plus élevés. Le bas des feuilles est l’endroit où les trichomes glandulaires sont les plus denses. Cela suggère que les cannabinoïdes et la structure physique des trichomes pourraient contribuer à la défense contre les insectes nuisibles. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour démêler ces facteurs. Néanmoins, l’étude a montré de manière convaincante une réduction des herbivores sur le chanvre riche en cannabinoïdes en utilisant une population génétique diversifiée.

Les recherches futures devront fonctionner dans les limites fédérales

Le programme Cornell ne peut pas fonctionner avec des plantes à forte teneur en THC (le composé intoxicant présent dans la marijuana) en raison du mandat fédéral, c'est pourquoi le THC en tant que pesticide n'a pas été testé dans cette recherche.

"L'utilisation potentielle des cannabinoïdes comme pesticides est un domaine passionnant pour les recherches futures, mais il y aura certainement des barrières réglementaires dues à l'activité pharmacologique des composés, et des études supplémentaires sont nécessaires pour comprendre contre quels parasites les cannabinoïdes seront efficaces", a déclaré Stack. , dans la Chronique de Cornell.

D’autres recherches signalées dans l’article examinent l’impact des cannabinoïdes sur d’autres ravageurs agricoles comme les pucerons qui percent les feuilles plutôt que de les mâcher. Les avantages protecteurs peuvent également dépendre des tissus végétaux et des stades de développement ciblés par les différents ravageurs.

Cependant, même s’il est possible de développer un meilleur pesticide, celui-ci aura des limites. Le communiqué de presse indique que tout pesticide devrait être utilisé uniquement sur des cultures non comestibles, « compte tenu des propriétés pharmacologiques des composés, parmi lesquels le CBD, le THC et leur précurseur, le CBG ».

LIRE L'ARTICLE

Stack, GM, Snyder, SI, Toth, JA, Quade, MA, Crawford, JL, McKay, JK, Jackowetz, JN, Wang, P., Philippe, G., Hansen, JL, Moore, VM, Rose, JKC et Intelligent, LB (2023) »Les cannabinoïdes fonctionnent dans la défense contre les herbivores mâcheurs Cannabis sativa L, " Recherche horticole. Disponible à l'adresse: https://doi.org/10.1093/hr/uhad207.

Image de couverture: canva.