Cannabis Glandular Trichomes: A Cellular Metabolite Factory [Αδενικά τριχώματα κάνναβης: Ένα εργοστάσιο κυτταρικού μεταβολίτη]

Cailun A. S. Tanney, Rachel Backer, Anja Geitmann, and Donald L. Smith

“Cannabis Glandular Trichomes: A Cellular Metabolite Factory” (Αδενικά τριχώματα κάνναβης: Ένα εργοστάσιο κυτταρικού μεταβολίτη) Front Plant Sci. 2021;12:721986.

Published online 2021 Sep 20. doi:10.3389/fpls.2021.721986

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8488169/

Πληροφορίες για τους συγγραφείς:

Department of Plant Science, Macdonald Campus, McGill University, Montreal, QC, Canada

Επιμέλεια από: Gea Guerriero, Luxembourg Institute of Science and Technology, Luxembourg

Κριτική από: Felix Stehle, Technical University Dortmund, Germany; Milton Brian Traw, Nanjing University, China; Nirit Bernstein, Agricultural Research Organization (ARO), Israel

Αλληλογραφία: Donald L. Smith, aC.lliGcM@htimS.dlanoD

Αυτό το άρθρο υποβλήθηκε στο Plant Metabolism and Chemodiversity, ένα τμήμα του περιοδικού Frontiers in Plant Science

Σημειώσεις άρθρου:

Λήψη 2021 8 Ιουνίου; Αποδεκτό 16 Αυγούστου 2021.

Πληροφορίες πνευματικών δικαιωμάτων και άδειας χρήσης:

Πνευματικά δικαιώματα © 2021 Tanney, Backer, Geitmann and Smith.

Αυτό είναι ένα άρθρο ανοιχτής πρόσβασης που διανέμεται σύμφωνα με τους όρους της άδειας αναφοράς Creative Commons (CC BY). Επιτρέπεται η χρήση, η διανομή ή η αναπαραγωγή σε άλλα φόρουμ, υπό την προϋπόθεση ότι ο αρχικός συγγραφέας και ο κάτοχος των πνευματικών δικαιωμάτων αναφέρονται και αναφέρεται η αρχική δημοσίευση σε αυτό το περιοδικό, σύμφωνα με την αποδεκτή ακαδημαϊκή πρακτική. Δεν επιτρέπεται καμία χρήση, διανομή ή αναπαραγωγή που δεν συμμορφώνεται με αυτούς τους όρους.

Περίληψη

“Η κάνναβη έχει νομιμοποιηθεί για ψυχαγωγική χρήση σε πολλές χώρες και η ιατρική χρήση έχει εγκριθεί σε έναν διευρυνόμενο κατάλογο χωρών. Οι αγορές αναπτύσσονται διεθνώς, προκαλώντας αύξηση της ζήτησης για προϊόντα υψηλής ποιότητας με σαφώς καθορισμένες ιδιότητες. Οι βασικές ενώσεις των φυτών κάνναβης είναι τα κανναβινοειδή, τα οποία παράγονται από αδενικά τριχώματα που βρίσκονται στα θηλυκά άνθη. Αυτά τα τριχώματα παράγουν ρητίνη που περιέχει κανναβινοειδή, όπως το τετραϋδροκανναβινολικό οξύ και το κανναβιδιολικό οξύ και μια σειρά από άλλους δευτερογενείς μεταβολίτες ποικίλου βαθμού εμπορικού ενδιαφέροντος. Ενώ οι καλλιεργητές τείνουν να εστιάζουν στη βελτίωση των αποδόσεων ολόκληρων λουλουδιών, η κατανόηση μας για τα “χρυσωρυχεία” του φυτού, τα τριχώματα, είναι περιορισμένη παρά το γεγονός ότι αποτελούν την πραγματική πηγή εσόδων για μια βιομηχανία πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων. Αυτή η ανασκόπηση στοχεύει να παρέχει μια επισκόπηση της τρέχουσας κατανόησης μας για τα αδενικά τριχώματα κάνναβης και τα προϊόντα μεταβολίτη τους, προκειμένου να εντοπιστούν τα τρέχοντα κενά στη γνώση και να σκιαγραφηθούν οι μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις”.

Λέξεις-κλειδιά: Cannabis, trichome, flower, metabolite, cannabinoid, terpene, inflorescence (κάνναβη, τρίχωμα, λουλούδι, μεταβολίτης, κανναβινοειδές, τερπένιο, ταξιανθία)

Εισαγωγή

Τα τριχώματα σχηματίζονται στην επιφάνεια του φυτού σε μια σειρά από ταξινομικά ανόμοια είδη, παρέχοντας μια ποικιλία λειτουργιών και πλεονεκτημάτων στο φυτό. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν απλές εργασίες, όπως η επίδραση της θερμοκρασίας των φύλλων και της φωτοσύνθεσης, ή πιο περίπλοκες λειτουργίες, όπως η αποτροπή παρασίτων μέσω των φυσικών τους δομών ή η παραγωγή ενώσεων (Wagner, 1991, Hare et al., 2003). Τα αδενικά τριχώματα παρουσιάζουν ιδιαίτερο εμπορικό ενδιαφέρον καθώς είναι μία από τις βασικές φυτικές δομές που παράγουν αιθέρια έλαια, μια βιομηχανία που εκτιμάται στα 18,62 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2020 (Grand View Research, 2020). Άλλες δομές των φυτών που παράγουν λάδι είναι οι εσωτερικοί αδένες και άλλοι τύποι τριχώματος, μερικοί από τους οποίους είναι ικανοί να παράγουν ρητινώδεις εκκρίσεις. Η μορφολογία του τριχώματος είναι εξαιρετικά μεταβλητή τόσο μεταξύ των φυτικών ειδών όσο και εντός του ίδιου του φυτού (Sangwan et al., 2001). Στο φυτό Cannabis sativa L. (εφεξής, κάνναβη), τα αδενικά τριχώματα με μίσχο είναι η τριχομορφική μορφή που παράγει ουσίες οικονομικής αξίας (Fairbairn, 1972, Sirikantaramas et al., 2005). Αυτά τα τριχώματα αναπτύσσουν μια εκκριτική κοιλότητα μεταξύ των εκκριτικών κυττάρων δίσκου και της επιδερμίδας όπου εναποτίθενται και αποθηκεύονται δευτερογενείς μεταβολίτες, συμπεριλαμβανομένων των κανναβινοειδών και των τερπενίων (Kim & Mahlberg, 1991, 1997, Sirikantaramas et al., 2005, Marks et al., 2009). Αν και υπάρχει μια ποικιλία άλλων τριχοειδών μορφών που βρίσκονται στο φυτό κάνναβης, είναι πέρα από το πεδίο εφαρμογής αυτής της ανασκόπησης.

Ενώ τα αρσενικά φυτά παράγουν μικρές ποσότητες κανναβινοειδών, στην καλλιέργεια κάνναβης, τα κύριες παραγωγές είναι στα θηλυκά άνθη που συγκεντρώνονται σε ταξιανθίες (Ohlsson et al., 1971). Τα αδενικά τριχώματα με μίσχο συγκεντρώνονται κυρίως στους κάλυκες και τα βράκτια (Εικ. 1Α, Spitzer-Rimon et al., 2019, Leme et al., 2020) με πληθυσμούς που εκτείνονται στα “sugar leaves” (ζαχαρένια φύλλα) στην ταξιανθία . Αυτές είναι οι θέσεις συσσώρευσης για τα εκκρινόμενα μεταβολικά προϊόντα. Αυτές οι πολύτιμες εκκρίσεις περιλαμβάνουν το τετραϋδροκανναβινολικό οξύ (THCA), το κανναβιδιολικό οξύ (CBDA), τα τερπένια και τα φλαβονοειδή (ElSohly & Slade, 2005, Flores-Sanchez & Verpoorte, 2008). Η μορφολογία των φυτών της κάνναβης και τα προφίλ κανναβινοειδών επηρεάζονται από τη γενετική και το περιβάλλον καλλιέργειας, υπογραμμίζοντας τη σημασία των ελεγχόμενων συνθηκών για την καλλιέργεια της κάνναβης (Magagnini et al., 2018, Danziger & Bernstein, 2021a, b). Με τη σταδιακή παγκόσμια αύξηση της κοινωνικής και νομικής αποδοχής της κάνναβης, υπήρξε σημαντικό ενδιαφέρον στην παραγωγή σταθερών αποδόσεων υψηλής ποιότητας. Επιπλέον, καθώς οι ιατρικές χρήσεις των κανναβινοειδών υποστηρίζονται από έρευνες και κλινικές δοκιμές που έχουν αξιολογηθεί από ομοτίμους, η παγκόσμια ζήτηση για φαρμακευτικά προϊόντα κάνναβης θα συνεχίσει να αυξάνεται. Αυτό θα δημιουργήσει περαιτέρω πίεση στους καλλιεργητές να βελτιώσουν τον έλεγχο της συγκέντρωσης συγκεκριμένων μεταβολιτών κάνναβης και των σχετικών γονότυπων κάνναβης. Ωστόσο, οι γονότυποι και οι περιβαλλοντικές συνθήκες που απαιτούνται για να επιτευχθεί αυτό το επίπεδο ακρίβειας παραμένουν ανεπαρκώς χαρακτηρισμένες. Τελικά, αυτές οι επιτακτικές μέθοδοι πρέπει να επικεντρωθούν γύρω από τα τριχώματα ως τα “εργοστάσια” του φυτού. Οι τρέχουσες προσπάθειες έχουν επικεντρωθεί στις επιπτώσεις της αναπαραγωγής και της επιλογής ποικιλιών, των βιομηχανικών συνθηκών καλλιέργειας και των μεθόδων λίπανσης στην απόδοση των λουλουδιών και στα προφίλ κανναβινοειδών (Vanhove et al., 2011, Campiglia et al., 2017, Tang et al., 2017, Hawley et al. al., 2018, Janatová et al., 2018, Burgel et al., 2020, Saloner & Bernstein, 2021). Ωστόσο, καθώς το απροσδιόριστο φυτικό υλικό κάνναβης σε πρωτοποριακές ερευνητικές εργασίες αποτέλεσε τη ραχοκοκαλιά για μελλοντική έρευνα κάνναβης/κανναβινοειδών, η σύγκριση δεδομένων με ενιαία πρότυπα είναι αδύνατη. Έτσι, η ανάγκη για συστηματική επικύρωση των αποτελεσμάτων αυτών των εγγράφων και της “λαογραφίας” της παραγωγής κάνναβης είναι υψίστης σημασίας αλλά και πρόκληση λόγω των επιπτώσεων του γονότυπου και του αναπτυσσόμενου περιβάλλοντος. Ανεξάρτητα από αυτές τις προκλήσεις, δεδομένου ότι τα τριχώματα είναι τελικά υπεύθυνα για τον έλεγχο της απόδοσης και της ποιότητας, είναι απαραίτητο να προωθήσουμε την κατανόησή μας για το πώς επηρεάζονται συγκεκριμένα από αυτές τις προσπάθειες, καθώς και να διερευνήσουμε νέες προσεγγίσεις για τη διεύρυνση του πεδίου του πιθανού κόστους- αποτελεσματικές εφαρμογές για τη βελτίωση της απόδοσης.

Εικ. 1

Ταξιανθία και τριχώματα κάνναβης (Cannabis sativa L.).

(A) Μεμονωμένη ταξιανθία, με την πλειονότητα των οργάνων να καλύπτονται από αδεvικά τριχώματα με μίσχο. Το βέλος δείχνει ένα σύμπλεγμα κάλυκων και βρακτίων που καλύπτονται με τρίχωμα.

(B) Μικρογραφία σκοτεινού πεδίου αδενικών τριχωμάτων με μίσχο που προεξέχουν από την επιδερμίδα του κάλυκα. Η βιοσύνθεση δευτερογενών μεταβολιτών λαμβάνει χώρα στα εκκριτικά δισκοειδή κύτταρα που επενδύουν τη βάση της σφαιρικής κεφαλής του τριχώματος. Οι μεταβολίτες αποθηκεύονται στη διαυγή υποδερμική κοιλότητα πάνω από τα κύτταρα του εκκριτικού δίσκου. Αυτή η κοιλότητα θα γίνει από γαλακτώδες λευκό σε σκούρο καφέ κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης του λουλουδιού.

(C) Γραφική απεικόνιση της δομής του αδενικού τριχώματος με μίσχο.

Προφίλ Τριχώματος

Τα τριχώματα σε όλο το φυτικό βασίλειο

Τα τριχώματα βρίσκονται σε όλο το φυτικό βασίλειο, παρουσιάζοντας μια εκπληκτική ποικιλία σχημάτων και ιδιοτήτων. Τα αδενικά τριχώματα, τα οποία προκύπτουν από την επιδερμίδα στα βλαστικά και αναπαραγωγικά όργανα, μπορούν γενικά να χωριστούν σε εκκριτικούς και μη εκκριτικούς τύπους, με τους πρώτους να μπορούν να εκκρίνουν ουσίες (Tian et al., 2017). Τόσο οι μορφολογίες όσο και οι μεταβολικές εκκρίσεις των τριχωμάτων είναι συνεπείς σε ένα είδος φυτού και ορισμένα είδη έχουν διαφορετικές μορφολογίες τριχώματος στο ίδιο φυτικό όργανο (Muravnik, 2020). Οι εκκρινόμενες ενώσεις, συμπεριλαμβανομένου του THCA (Sirikantaramas et al., 2005), μπορεί να είναι τοξικές για τα φυτικά κύτταρα. Επομένως, η αποθήκευση μεταβολιτών στην κοιλότητα της αδενικής κεφαλής παρέχει προστασία στο φυτό (Sirikantaramas et al., 2008). Ενώ διαφορετικές μορφές αδενικών τριχωμάτων εμφανίζουν διαφορετικές στρατηγικές αποθήκευσης, η αρχιτεκτονική της θέσης της μορφής και της κοιλότητας σε σχέση με τα εκκριτικά κύτταρα καθορίζουν την κατεύθυνση έκκρισης (Tissier et al., 2017). Οι μοριακές λεπτομέρειες που περιβάλλουν την ανάπτυξη των αδενικών τριχωμάτων και τις εκκρίσεις τους είναι πέρα από το πεδίο αυτού του άρθρου και αναφερόμαστε σε εις βάθος ανασκοπήσεις των Muravnik (2020) και Tian et al. (2017).

Οι γονιδιωματικές μελέτες είναι επιτακτικές για τη διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την ανάπτυξη τριχωμάτων στην κάνναβη, τόσο εντός όσο και μεταξύ των ποικιλιών. Οι μηχανισμοί διαφοροποίησης τριχωμάτων έχουν διερευνηθεί στο Arabidopsis thaliana, με τις ομάδες μεταγραφικού παράγοντα (transcription factor, TFs) να διαδραματίζουν βασικούς ρόλους στα μεταγραφικά δίκτυα για την παραγωγή και τα μοτίβα τριχωμάτων (Tian et al., 2017). Ενώ υπάρχουν διαθέσιμες γονιδιωματικές μελέτες για άλλα φυτά οικονομικού ενδειαφέροντος, συμπεριλαμβανομένου του Humulus lupulus που ανήκει στην οικογένεια των Cannabaceae (Matoušek et al., 2016, Mishra et al., 2020), παρόμοιες μελέτες για την κάνναβη λείπουν παρά τις δυνητικά σημαντικές επιπτώσεις τους για τον ακριβή έλεγχο των τριχωμάτων στην κάνναβη. Η αξιοποίηση των διαθέσιμων γενετικών βιβλιοθηκών για συγγενικά είδη με παρόμοιες εκκρίσεις ρητίνης θα βοηθήσει στην καθοδήγηση αυτών των πολύ αναγκαίων μελετών (Braich et al., 2019, Zager et al., 2019, Liu et al., 2021).

Βασικοί μεταβολίτες κάνναβης

Το επί δεκαετίες στίγμα γύρω από την κάνναβη έχει οδηγήσει σε μια ποικιλία παρανοήσεων γύρω από το φυτό και τα προϊόντα του σχετικά με τη βιοσύνθεση κανναβινοειδών. Ενώ το THCA και το CBDA είναι τα κύρια κανναβινοειδή οξέα που παράγονται από το φυτό, τα προϊόντα αποδόμησης τους, η THC και η CBD, παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για τις ψυχοδραστικές και θεραπευτικές τους επιδράσεις. Πρόσθετα κανναβινοειδή κερδίζουν σταδιακά ενδιαφέρον καθώς οι επιδράσεις τους στο ανθρώπινο σώμα αρχίζουν να γίνονται κατανοητές (ElSohly & Slade, 2005, Aizpurua-Olaizola et al., 2016, Andre et al., 2016). Ο φρέσκος ιστός άνθους κάνναβης περιέχει σχετικά χαμηλά επίπεδα THC και CBD και υψηλότερα επίπεδα THCA και CBDA καθώς οι όξινες μορφές μετατρέπονται σε ουδέτερες μορφές μέσω αποκαρβοξυλίωσης κατά την επεξεργασία και αποθήκευση μετά τη συγκομιδή. Ο ρυθμός μετατροπής εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία και το φως (Yamauchi et al., 1967). Μεταβολίτες, συμπεριλαμβανομένων των κανναβινοειδών, των τερπενίων και των φλαβονοειδών, σχηματίζονται μέσα σε εκκριτικά κύτταρα δίσκου που ευθυγραμμίζουν τη βάση της αδενικής κεφαλής τριχώματος και αποθηκεύονται στην υποδόριο κοιλότητα (Εικ. 1B,C, Kim & Mahlberg, 1991, 1997). Εντός των κυττάρων, η βιοσύνθεση κανναβινοειδών ξεκινά στο κυτταρόπλασμα, μετακινείται στο πλαστίδιο και τελειώνει με οξειδοκυκλοποίηση στον αποπλαστικό χώρο. Η μεταφορά μεταξύ αυτών των περιοχών δεν έχει ακόμη επιλυθεί (Gülck & Møller, 2020). Μια πληθώρα κανναβινοειδών έχει εντοπιστεί τα τελευταία χρόνια, ανεβάζοντας τον συνολικό γνωστό αριθμό σε λίγο περισσότερο από 110, τα οποία μπορούν να χωριστούν σε 11 υποκατηγορίες (ElSohly & Gul, 2014, Andre et al., 2016, Hanuš et al., 2016, Berman et al., 2018). Οι οδοί βιοσύνθεσης των βασικών κανναβινοειδών, ιδιαίτερα των THC και CBD, περιγράφονται λεπτομερώς σε προηγούμενες ανασκοπήσεις (Gülck & Møller, 2020, Desaulniers Brousseau et al., 2021).

Μέχρι σήμερα, πάνω από 120 τερπένια έχουν εντοπιστεί στην κάνναβη, τα οποία ταξινομούνται ευρέως ως μονοτερπένια και σεσκιτερπένια με βάση τις διαφορές στους σκελετούς άνθρακα τους (ElSohly & Slade, 2005, Degenhardt et al., 2009). Τα τερπένια έχουν μια οδό βιοσύνθεσης παρόμοια με τα κανναβινοειδή και αυτή η διαδικασία έχει αναθεωρηθεί εκτενώς (Booth et al., 2017, Desaulniers Brousseau et al., 2021). Τα τερπένια προσδίδουν άρωμα και γεύση λουλουδιών, καθιστώντας τα σημαντικά συστατικά για εφαρμογές φυτικών προϊόντων, όπως αιθέρια έλαια, από πολλά είδη φυτών. Τα προφίλ τερπενίων ποικίλλουν μεταξύ των ποικιλιών κάνναβης (Booth et al., 2017) και τα έλαια κάνναβης που περιέχουν περισσότερα μονοτερπένια έχουν καλύτερη βαθμολογία στις οσφρητικές αξιολογήσεις από τα έλαια που περιέχουν περισσότερα σεσκιτερπένια, ενώ ένα έλαιο που περιέχει ένα μείγμα και των δύο σημείωσε υψηλότερη βαθμολογία στις δοκιμές αρώματος (Mediavilla & Steinemann, 1997). Έτσι, η σύνθεση τερπενίου των ανθέων κάνναβης κατά την ωριμότητα μπορεί να επηρεάσει άμεσα την οσφρητική ποιότητα των προϊόντων και εκχυλισμάτων με βάση τα άνθη, συμπεριλαμβανομένων των προϊόντων με βάση το αιθέριο έλαιο.

Τα φλαβονοειδή είναι μια επιπλέον σημαντική φυτοχημική ομάδα κάνναβης. Ωστόσο, αυτή η ομάδα ενώσεων έχει λάβει μικρότερη ερευνητική εστίαση σε σύγκριση με τα κανναβινοειδή και τα τερπένια. Παρόμοια με τα τερπένια, τα φλαβονοειδή βρίσκονται σε ένα ευρύ φάσμα φυτικών γενών με ένα ευρύ φάσμα ρόλων και πλεονεκτημάτων για το φυτό (Panche et al., 2016). Υπάρχουν πάνω από 20 ταυτοποιημένα φλαβονοειδή για την κάνναβη, με τρεις σχετικά μοναδικές ενώσεις γνωστές ως κανφλαβίνη A, B και C (Bautista et al., 2021). Οι πιθανές φαρμακευτικές χρήσεις των φλαβονοειδών, που εκτείνονται από τα αντιφλεγμονώδη έως τις αντικαρκινικές θεραπείες, ενισχύουν το ενδιαφέρον για αυτές τις ενώσεις, ιδιαίτερα καθώς οι επιδράσεις στο περιβάλλον που παρέχονται από τα προφίλ μεταβολίτη της κάνναβης γίνονται καλύτερα κατανοητές (Tomko et al., 2020, Bautista et al., 2021). Καθώς τα φλαβονοειδή παράγονται κυρίως σε φύλλα κάνναβης, όχι στις ταξιανθίες (Jin et al., 2020), το παρόν άρθρο θα επικεντρωθεί στα κανναβινοειδή και τα τερπένια.

Αδενικά τριχώματα κάνναβης

Προηγουμένως, είχαν περιγραφεί τρεις τύποι αδενικών τριχωμάτων σε άνθη κάνναβης, που αναφέρονται ως άμισχα, με μίσχο και βολβώδη, με βάση δομικές εκτιμήσεις με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (Hammond & Mahlberg, 1973). Τα τριχώματα διαφοροποιήθηκαν με βάση τη μορφολογία τους, όπου τα βολβώδη τριχώματα ήταν μικρά και χαμηλά, τα άμισχα τριχώματα αποτελούνταν από μια σφαιρική κεφαλή σε έναν πολύ κοντό μίσχο και τα τριχώματα με μίσχο είχαν μεγαλύτερη σφαιρική κεφαλή σε ένα μακρύ μίσχο. Από τους τρεις τύπους τριχωμάτων, τα τριχώματα με μίσχο παράγουν τη μεγαλύτερη ποσότητα κανναβινοειδών (Hammond & Mahlberg, 1973, Mahlberg & Kim, 2004, Livingston et al., 2020). Δυστυχώς, αυτή η μη ειδική διαφοροποίηση μεταξύ των τύπων τριχωμάτων οδήγησε σε εσφαλμένη αναγνώριση των τριχωμάτων λόγω της παρόμοιας εμφάνισης άμισχων και μορφών με μίσχο (Dayanandan & Kaufman, 1976, Livingston et al., 2020). Ωστόσο, μια πρόσφατη μελέτη σχετικά με την ανατομία των τριχωμάτων αποκάλυψε ότι τα άμισχα τριχώματα στα φύλλα των φυτών έχουν σταθερά ακριβώς οκτώ εκκριτικά κύτταρα δίσκου ενώ τα αδενικά τριχώματα με μίσχο στα ώριμα άνθη έχουν 12-16. Αυτοί οι αριθμοί ήταν συνεπείς μεταξύ των διαφορετικών ποικιλιών κάνναβης (Livingston et al., 2020). Καθώς τα άμισχα τριχώματα σε ανώριμα άνθη κάνναβης μπορεί να περιέχουν περισσότερα από οκτώ κύτταρα δίσκου και να εκπέμπουν φθορισμό σε ενδιάμεσα μήκη κύματος, κάτι που δεν μπορούν να κάνουν τα αληθώς άμισχα τριχώματα, τα άμισχα τριχώματα θεωρούνται τώρα ότι είναι ένα πρόδρομο αναπτυξιακό στάδιο των ανώριμων τριχωμάτων με μίσχο (Livingston et al., 2020). Αυτές οι ανακαλύψεις επιτρέπουν βελτιωμένη ακρίβεια της ταξινόμησης των τριχωμάτων κατά την ανάπτυξη του φυτού, μπορεί να παρέχουν ακριβέστερες εκτιμήσεις της ωριμότητας των φυτών και να επιτρέπουν τον προσδιορισμό των βέλτιστων σημείων παραγωγής μεταβολιτών. Αυτή η κατανόηση επιτρέπει περαιτέρω μεγαλύτερη ακρίβεια κατά την αξιολόγηση της πυκνότητας των αδενικών τριχωμάτων με μίσχο και της ικανότητας πρόβλεψης των πυκνοτήτων τριχωμάτων ώριμου άνθους.

Οι αιτίες των μεταβλητών προφίλ μεταβολιτών που εντοπίζονται μεταξύ των ποικιλιών/γονότυπων και των φυτικών οργάνων είναι γενετικές και περιβαλλοντικές. Για παράδειγμα, τα λουλούδια που λαμβάνονται από την επάνω περιοχή του φυτού παράγουν σημαντικά μεγαλύτερες ποσότητες κανναβινοειδών και τερπενίων από τις χαμηλότερες θέσεις. Η πηγή φωτός και η ωριμότητα του φυτού πιστεύεται ότι είναι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση ή/και τις ποσότητες (Namdar et al., 2018, Eichhorn Bilodeau et al., 2019). Οι αβιοτικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη της κάνναβης είναι οι ίδιοι με εκείνους που επηρεάζουν άλλα είδη φυτών, όπως η θερμοκρασία, η γονιμοποίηση, η φωτοπερίοδος και η ένταση φωτός (Taschwer & Schmid, 2015, Conant et al., 2017, Pagnani et al., 2018, Bernstein et al. al., 2019, Eichhorn Bilodeau et al., 2019, Taghinasab & Jabaji, 2020). Ωστόσο, η γνώση σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν την ανάπτυξη και το σχηματισμό τριχωμάτων είναι περιορισμένη, με πολλή δουλειά που απαιτείται για την παραγωγή επιστημονικών στοιχείων για την υποστήριξη των δεσμών μεταξύ της παραγωγής μεταβολιτών και των περιβαλλοντικών παραγόντων (Taghinasab & Jabaji, 2020). Η έρευνα για την κάνναβη βρίσκεται σε πρώιμα στάδια και απαιτείται μελλοντική εργασία για τη διερεύνηση των μονοπατιών σηματοδότησης που μεσολαβούν στην επίδραση εξωτερικών παραγόντων στην παραγωγή μεταβολιτών. Η προσοχή στην ανάπτυξη αυτού του τομέα έρευνας για την κάνναβη αυξάνεται (Mudge et al., 2019, Aliferis & Bernard-Perron, 2020, Conneely et al., 2021).

Πιθανά οφέλη των τριχωμάτων κάνναβης στο φυτό

Το ακριβές όφελος των κανναβινοειδών και των τερπενίων για το φυτό δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί, αλλά αρκετά ευρήματα δείχνουν λειτουργίες που σχετίζονται με την άμυνα. Αυτό είναι σύμφωνο με έναν κοινό ρόλο των τριχωμάτων σε πολλά είδη φυτών (Levin, 1973). Πρώιμες μελέτες έχουν επίσης υποθέσει ότι η THC προστατεύει από την υπεριώδη ακτινοβολία (UV), καθώς τα φυτά κάνναβης παράγουν σημαντικά αυξημένα επίπεδα THC όταν εκτίθενται σε υψηλότερα επίπεδα ακτινοβολίας UVB, πιθανώς με αποτέλεσμα την ανάπτυξη γεωγραφικών χημειοτύπων (Pate, 1983). Μια πρόσφατη μελέτη διαπίστωσε ότι η CBD θα μπορούσε να είναι ένα πιθανό αντηλιακό πρόσθετο, καθώς η εφαρμογή της σε ανθρώπινα κερατινοκύτταρα και μελανοκύτταρα οδήγησε σε βελτιωμένη κυτταρική βιωσιμότητα μετά την έκθεση σε ακτινοβολία UVB, υποδηλώνοντας ότι τα κανναβινοειδή προστατεύουν τα κύτταρα από αυτόν τον τύπο ακτινοβολίας που μπορεί να βλάψει το DNA και υποστηρίζει τη γεωγραφική υπόθεση χημειότυπου (Gohad et al., 2020). Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι τα κανναβινοειδή μπορεί να εκκρίνονται και να συγκεντρώνονται γύρω από τα λουλούδια για να προστατεύσουν τα αναπαραγωγικά όργανα, και συνεπώς την επόμενη γενιά, από τις επιπτώσεις της βλάβης από τον ήλιο. Οι γονότυποι που προέρχονται από πιο κοντά στον ισημερινό θα παράγουν υψηλότερα επίπεδα κανναβινοειδών λόγω της υψηλότερης συχνότητας της ακτινοβολίας UVB σε αυτήν την περιοχή.

Τα τερπένια μπορεί να λειτουργήσουν αποτρεπτικά κατά των φυτοφάγων, καθώς τα έντομα που απωθούνται τα μονοτερπένια α-πινένιο και λιμονένιο υπάρχουν σε υψηλότερες συγκεντρώσεις στα άνθη, ενώ τα σεσκιτερπένια, τα οποία είναι πικρά για τα θηλαστικά, έχουν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στα κάτω φύλλα (Potter, 2009, Nerio et al., 2010, Russo, 2011). Αυτή η φαινομενική σειρά προφίλ τερπενίων, ανάλογα με το όργανο και τη θέση, είναι σύμφωνη με πιθανές αιτίες βλάβης, καθώς τα έντομα είναι πιο πιθανό να βλάψουν τα άνθη και τα φυτοφάγα θηλαστικά είναι πιο πιθανό να επικεντρωθούν στα μεγαλύτερα φύλλα βεντάλιες. Επιπλέον, τα κανναβινοειδή και τα τερπένια μπορούν να αλληλοσυμπληρώνονται για να παρέχουν στα φυτά έναν πολύπλοκο αμυντικό μηχανισμό ενάντια στα έντομα. Η αναλογία μονοτερπενίων προς σεσκιτερπένια καθορίζει το ιξώδες της ρητίνης κάνναβης, ενώ το CBGA και το THCA είναι τοξικά για τα έντομα. Η αλλαγή της αναλογίας των τύπων τερπενίων για την αύξηση του ιξώδους μπορεί να παγιδεύσει έντομα ενώ τα CBGA και THCA προκαλούν απόπτωση όπως φαίνεται στις καλλιεργημένες κυτταρικές γραμμές εντόμων, προστατεύοντας έτσι το φυτό και τους κρίσιμους ιστούς όπως τα λουλούδια καθώς αναπτύσσονται (Sirikantaramas et al., 2005, Russo, 201). Τα τερπένια και τα κανναβινοειδή αλληλεπιδρούν επίσης μετά την κατάποση από ζώα, καθώς τα τερπένια αποδείχθηκε ότι συμβάλλουν στη συγγένεια της THC με τους κανναβινοειδείς υποδοχείς, υποδοχείς 1 στους ανθρώπους, μεταξύ άλλων επιδράσεων (Russo & McPartland, 2001, Andre et al., 2016). Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τερπενίων και κανναβινοειδών υπόκεινται επομένως σε συνεχείς έρευνες, όχι μόνο για την απόκτηση εικόνας του ρόλου των τερπενίων για τα φυτά, αλλά και λόγω των πιθανών θεραπευτικών οφελών που θα μπορούσε να αξιοποιήσει ο τομέας της φαρμακευτικής χρήσης της κάνναβης.

Ο ρόλος των κανναβινοειδών στην ανοχή στο βιοτικό στρες είναι συνεπής με την αυξημένη συγκέντρωσή τους σε άνθη όπου οι πυκνότητες τριχωμάτων είναι υψηλότερες. Εκτός από τη μείωση του κινδύνου βλάβης που σχετίζεται με τα παράσιτα, τα κανναβινοειδή έχουν επίσης αντιμικροβιακές ιδιότητες. Πέντε βασικές ενώσεις [THC, CBD, κανναβιχρωμένιο (CBC), κανναβιγερόλη (CBG) και κανναβινόλη (CBN)] και οι πρόδρομες μορφές οξέων τους έχουν σημαντική αντιβακτηριακή δράση έναντι πολλών ανθεκτικών στη μεθικιλλίνη στελεχών Staphylococcus aureus μέσω στόχευσης της βακτηριακής μεμβράνης (Van Klingeren & Ten Ham, 1976, Appendino et al., 2008, Farha et al., 2020). Αυτό υποδηλώνει ότι τα κανναβινοειδή, συμπεριλαμβανομένων αυτών εκκρίνονται συνήθως σε χαμηλές συγκεντρώσεις, έχουν ένα ευρύ φάσμα πλεονεκτημάτων, δρώντας τόσο εντός όσο και εκτός του φυτού, ιδιαίτερα όσον αφορά την παραγωγή κανναβινοειδών στα άνθη σε σύγκριση με το υπόλοιπο φυτό (Farha et al., 2020). Ωστόσο, ενώ υπάρχει μια αυξανόμενη κατανόηση των αμυντικών ιδιοτήτων των κύριων μεταβολικών προϊόντων που παράγονται από την κάνναβη, πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή στις λιγότερο γνωστές ενώσεις. Καθώς έχουν ταυτοποιηθεί περισσότερες από 200 ενώσεις κανναβινοειδών και τερπενίων μαζί, το κόστος για την παραγωγή αυτού του τεράστιου αριθμού δευτερογενών μεταβολιτών πρέπει να διερευνηθεί για να αποσαφηνιστούν τα μεμονωμένα οφέλη και οι ρόλοι τους στη λειτουργία των φυτών. Οι μεταγραφικές μελέτες σε αυτές τις λιγότερο γνωστές ενώσεις και την έκφρασή τους ως απάντηση σε κοινούς στρεσογόνους παράγοντες θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα σημαντικό ξεκίνημα για την απάντηση σε αυτά τα ερωτήματα.

Συνολικά, το φάσμα των πιθανών πλεονεκτημάτων αυτών των δευτερογενών μεταβολιτών υποδηλώνει έντονα ότι διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη γενική υγεία και την επιβίωση των φυτών κάνναβης και των απογόνων τους μέσω ενός συνδυασμού παραγόντων. Για να επιβεβαιωθεί αυτό, πρέπει να διεξαχθούν μελέτες γονιδιωματικής, μεταγραφικής και μεταβολομικής για να επιβεβαιωθούν τα υποθετικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με διάφορες μορφές τριχωμάτων, τα πρότυπα ανάπτυξής τους σε διαφορετικούς ιστούς και τις μη ομοιόμορφες εκκρίσεις μεταβολιτών τους. Απαιτούνται στοιχεία για να αποδειχθεί ότι αυτές οι ενώσεις δεν είναι απλώς υποπροϊόντα άλλων βιολογικών διεργασιών, αλλά έχουν πραγματικά πρωταρχικό ρόλο στους αμυντικούς μηχανισμούς. Για να έχουν νόημα, αυτές οι μελέτες δεν θα πρέπει να περιλαμβάνουν μόνο ποικιλίες κάνναβης που είναι αποτέλεσμα αιώνων αναπαραγωγής, αλλά και φυσικά είδη που δεν είναι προϊόντα ανθρώπινης δραστηριότητας και επιλογής, αν και είναι σπάνια διαθέσιμα. Εκατόν δέκα ολόκληρα γονιδιώματα ποικιλιών κάνναβης, από άγρια φυτά και ιστορικές ποικιλίες έως σύγχρονα υβρίδια, με εστίαση στις ασιατικές πηγές για να εξηγηθεί η πιθανή προέλευση της εξημέρωσης, αναλύθηκαν πρόσφατα και αναλύθηκαν για να παρέχουν ένα ανεκτίμητο γενετικό πλαίσιο για την ιστορία του φυτού. Οι πληροφορίες που προκύπτουν μπορούν να εφαρμοστούν σε δευτερογενείς έρευνες μεταβολιτών (Ren et al., 2021). Με τον καιρό, η εγκυρότητα αυτών των υποθέσεων είναι βέβαιο ότι θα καθοριστεί χάρη σε αυτές τις νέες γονιδιωματικές πληροφορίες, μαζί με πολύτιμες πληροφορίες για την εντυπωσιακή πολυπλοκότητα που παρατηρείται μέσα τους.

Συμπέρασμα και Μελλοντικές Προοπτικές

Η κάνναβη έμεινε πίσω στην άνθηση της γεωργικής έρευνας του περασμένου αιώνα λόγω του παράνομου καθεστώτος της στις περισσότερες δικαιοδοσίες. Ενώ πολλές από τις προόδους στην επιστήμη των φυτών για ένα ευρύ φάσμα άλλων ειδών είναι εφαρμόσιμες στην κάνναβη, τα πολλαπλά χαρακτηριστικά ειδικά για τα είδη απαιτούν αφοσιωμένη έρευνα τόσο για την απόκτηση θεμελιωδών γνώσεων όσο και για την παροχή τεκμηριωμένων δεδομένων στην αναπτυσσόμενη βιομηχανία. Από τότε που οι βιομηχανικές γεωργικές πρακτικές καθιερώθηκαν παγκοσμίως και οι γονιδιωματικές μελέτες κατέστησαν δυνατές τον 20ο αιώνα, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποσαφηνίσουν νέες γεωργικές εφαρμογές που προέρχονται από την κατανόηση της μοριακής κλίμακας, ενώ οι εφαρμογές κάνναβης παραμένουν επικεντρωμένες στην αναπαραγωγή και στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα πρωτόκολλα καλλιέργειας βασίστηκαν σε μεγάλο βαθμό σε ανέκδοτα και όχι σε επιστημονικά στοιχεία. Για παράδειγμα, το γονιδίωμα της σόγιας έχει αποκαλυφθεί για τον εντοπισμό γενετικών δεικτών που σχετίζονται με την αντοχή των νηματωδών και αυτό έχει αξιοποιηθεί για την υποστήριξη ακριβών στρατηγικών αναπαραγωγής (Kim et al., 2016). Εν τω μεταξύ, η απλή ταξινόμηση της κάνναβης παραμένει αμφιλεγόμενη (Koren et al., 2020). Το ερευνητικό πεδίο της κάνναβης φτάνει σιγά σιγά στο επίπεδο έρευνας που παρατηρείται για άλλα πολύτιμα είδη καλλιεργειών, με ένα παράδειγμα να είναι μια πρόσφατη μελέτη που δείχνει μια δοκιμασία υψηλής απόδοσης χρησιμοποιώντας γενετικούς δείκτες για τον προσδιορισμό του φύλου και του χημειότυπου του γεννητικού πλάσματος κάνναβης (Toth et al., 2020). Ωστόσο, αυτή η μελέτη επικεντρώθηκε κυρίως στις αναλογίες THC:CBD για τον προσδιορισμό του χημειότυπου και κατά τη μοντελοποίηση “συνολικών πιθανών κανναβινοειδών” συμπεριλήφθηκαν μόνο οι THC, CBD, CBG και CBC, επισημαίνοντας τα όρια των τρεχουσών γενετικών μελετών (Toth et al., 2020). Ανεξάρτητα από τους περιορισμούς τους, αυτές οι μελέτες σηματοδοτούν την αρχή της πραγματικής εισόδου της κάνναβης στη γεωργική έρευνα του 21ου αιώνα.

Τα τριχώματα και τα αιθέρια έλαια σε άλλα είδη φυτών έχουν χαρακτηριστεί καλά τις τελευταίες δεκαετίες και είναι σημαντικό η κατανόηση μας για τα τριχώματα της κάνναβης να φτάσει σε παρόμοια επίπεδα κατανόησης. Η ολοένα και πιο διαδεδομένη νομιμοποίηση και η δημόσια αποδοχή της κάνναβης φέρνει ξαφνικά ένα φυτό που κάποτε αποφεύγονταν σε θέση έντονο ενδιαφέρον και μεγάλης ζήτησης σε μια εποχή εξαιρετικών πειραματικών προτύπων, αυξάνοντας τις προσδοκίες ότι τα ερωτήματα γύρω από αυτό θα απαντηθούν πολύ πιο γρήγορα από ότι για προηγούμενες καλλιέργειες. Οι απλές τεχνικές αναπαραγωγής και γεωργικής παραγωγής για τον επηρεασμό των προφίλ μεταβολιτών δεν είναι ακριβείς ούτε πάντα συνεπείς, οδηγώντας σε μια σειρά από πιθανές επιπλοκές τόσο για τον παραγωγό όσο και για τον καταναλωτή. Ένα παράδειγμα αυτής της επιπλοκής είναι η αυξανόμενη ζήτηση για φαρμακευτική και ψυχαγωγική χρήση των καταναλωτών για προϊόντα με υψηλότερα επίπεδα THC, δημιουργώντας μια τάση που αναφέρεται ως η “αγορά των εργαστηρίων” που παρατηρείται καθώς οι παραγωγοί τείνουν να εξετάζουν τα προϊόντα τους σε πολλά εργαστήρια μέχρι να λάβουν την επιθυμητή ανάλυση συγκέντρωσης κανναβινοειδών για τα προϊόντα τους (Swider, 2021, Zoorob, 2021). Η προκύπτουσα έλλειψη αξιοπιστίας στην αναγνώριση ενδέχεται να οδηγήσει σε επιπλοκές στην υγεία και σε δυσπιστία από όσους χρησιμοποιούν κάνναβη για τον μετριασμό του πόνου και ως διεγερτικό της όρεξης / αντιεμετικό. Αυτά τα ζητήματα υπογραμμίζουν την ανάγκη όχι μόνο για μια πιο αξιόπιστη και ηθική προσέγγιση για την ποιότητα των προϊόντων κάνναβης, αλλά και για μεθόδους για την αξιόπιστη προσαρμογή της παραγωγής μεταβολίτη στην πηγή τριχωμάτων. Νέες προσεγγίσεις, όπως ο χειρισμός και η εκμετάλλευση φυτομικροβίων, παρουσιάζουν ενδιαφέρουσες δυνατότητες, καθώς τα εμβόλια ρίζας έχουν δείξει παρόμοια αποτελέσματα στην περιεκτικότητα σε THC και CBD με την εφαρμογή αζώτου (Pagnani et al., 2018, Lyu et al., 2019). Εάν μπορέσουν να αναπτυχθούν μέθοδοι για να αναπαράγουν με συνέπεια συγκεκριμένες συγκεντρώσεις και συνδυασμούς μεταβολιτών σε μικρές περιοχές σε φυτά κάνναβης σε επίπεδο τριχωμάτων και εάν αυτές οι μέθοδοι καταστούν τυπικές σε ολόκληρο τον κλάδο, τα οφέλη τόσο για τους παραγωγούς όσο και για τους ιατρούς και τους καταναλωτές θα ήταν μεγάλα.

Από επιστημονική άποψη, πολλές ενδιαφέρουσες ερωτήσεις σχετίζονται με τα αδενικά τριχώματα. Κατά κύριο λόγο, αυτές οι ερωτήσεις επικεντρώνονται στις διαφορές που σχετίζονται με τον γονότυπο και τις συνθήκες ανάπτυξης. Ο τρόπος με τον οποίο οι αλλαγές στη σύνθεση του εδάφους, το φως, τα θρεπτικά συστατικά, τα επίπεδα νερού και άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες επηρεάζουν την πυκνότητα των τριχωμάτων παραμένει σε μεγάλο βαθμό άγνωστο για την κάνναβη. Οι γνώσεις μας για το πώς τα ίδια τα προφίλ μεταβολιτών διαφέρουν μεταξύ των ποικιλιών είναι περιορισμένες και βασίζονται κυρίως σε κακές αναφορές από καλλιεργητές που είναι ατελείς πέρα από τα κύρια κανναβινοειδή και τερπένια, αφήνοντας 100 μεταβολίτες άγνωστους. Η έλλειψη γνώσης σε αυτούς τους τομείς του μεταβολισμού και της σύνθεσης της κάνναβης καθιστά δύσκολο να υποθέσουμε άμεσα πού και πώς συμβαίνουν οι διαφορές, τονίζοντας την ανάγκη για αυστηρά ομοιόμορφα πρότυπα που θα επιτρέπουν αμερόληπτες και επιστημονικά έγκυρες συγκρίσεις δεδομένων. Όσο περισσότερο καταλαβαίνουμε για τα τριχώματα, τόσο πιο εφαρμόσιμη θα είναι η γνώση μας για αυτό το φυτό σε όσους βρίσκονται στην αλυσίδα παραγωγής και κατανάλωσης.

Συνεισφορές Συγγραφέων

Ο CT συγκέντρωσε τη βιβλιογραφία και ετοίμασε το χειρόγραφο. Οι AG και DS παρείχαν το εννοιολογικό πλαίσιο. Οι RB, DS και AG παρείχαν την αναθεώρηση και τα σχόλια. Όλοι οι συγγραφείς συνέβαλαν στο άρθρο και ενέκριναν την υποβληθείσα έκδοση.

Χρηματοδότηση

Η χρηματοδότηση για αυτό το έργο παρασχέθηκε από το NSERC (CREATE 543319-2020) και το RGPIN/04714-2018, RGPIN-2020-07047.

Σύγκρουση συμφερόντων

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.

Σημείωση εκδότη

Όλοι οι ισχυρισμοί που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο είναι αποκλειστικά εκείνοι των συγγραφέων και δεν αντιπροσωπεύουν απαραιτήτως αυτούς των συνδεδεμένων οργανισμών τους ή του εκδότη, των εκδοτών και των κριτικών. Οποιοδήποτε προϊόν μπορεί να αξιολογηθεί σε αυτό το άρθρο ή ισχυρισμός που μπορεί να προβληθεί από τον κατασκευαστή του, δεν είναι εγγυημένο ή εγκεκριμέ

νο από τον εκδότη.

Ευχαριστίες

Οι συγγραφείς θα ήθελαν να ευχαριστήσουν τον εκδότη και τους κριτές για τα εποικοδομητικά σχόλιά τους σχετικά με την πρώτη έκδοση αυτής της κριτικής.

Βιβλιογραφικές αναφορές

1. Aizpurua-Olaizola O., Soydaner U., Öztürk E., Schibano D., Simsir Y., Navarro P., et al.. (2016). Evolution of the cannabinoid and terpene content during the growth of Cannabis sativa plants from different Chemotypes. J. Nat. Prod. 95, 207–217. doi: 10.1021/acs.jnatprod.5b00949

2. Aliferis K. A., Bernard-Perron D. (2020). Cannabinomics: application of metabolomics in cannabis (Cannabis sativa L.) Research and Development. Front. Plant Sci. 11:554. doi: 10.3389/fpls.2020.00554

3. Andre C. M., Hausman J. F., Guerriero G. (2016). Cannabis sativa: the plant of the thousand and one molecules. Front. Plant Sci. 7:19. doi: 10.3389/fpls.2016.00019

4. Appendino G., Gibbons S., Giana A., Pagani A., Grassi G., Stavri M., et al.. (2008). Antibacterial cannabinoids from Cannabis sativa: A structure-activity study. J. Nat. Prod. 71, 1427–1430. doi: 10.1021/np8002673

5. Bautista J. L., Yu S., Tian L. (2021). Flavonoids in Cannabis sativa: biosynthesis, bioactivities, and biotechnology. ACS Omega 6, 5119–5123. doi: 10.1021/acsomega.1c00318

6. Berman P., Futoran K., Lewitus G. M., Mukha D., Benami M., Shlomi T., et al.. (2018). A new ESI-LC/MS approach for comprehensive metabolic profiling of phytocannabinoids in cannabis. Sci. Rep. 8:14280. doi: 10.1038/s41598-018-32651-4

7. Bernstein N., Gorelick J., Zerahia R., Koch S. (2019). Impact of N, P, K, and humic acid supplementation on the chemical profile of medical cannabis (Cannabis sativa L). Front. Plant Sci. 10:736. doi: 10.3389/fpls.2019.00736

8. Booth J. K., Page J. E., Bohlmann J. (2017). Terpene synthases from Cannabis sativa. PLoS One 12:e073911. doi: 10.1371/journal.pone.0173911

9. Braich S., Baillie R. C., Jewell L. S., Spangenberg G. C., Cogan N. O. I. (2019). Generation of a comprehensive transcriptome atlas and transcriptome dynamics in medicinal cannabis. Sci. Rep. 9:16583. doi: 10.1038/s41598-019-53023-6

10. Burgel L., Hartung J., Pflugfelder A., Graeff-Hönninger S. (2020). Impact of growth stage and biomass fractions on cannabinoid content and yield of different hemp (Cannabis sativa L.) genotypes. Agronomy 10:372. doi: 10.3390/agronomy10030372

11. Campiglia E., Radicetti E., Mancinelli R. (2017). Plant density and nitrogen fertilization affect agronomic performance of industrial hemp (Cannabis sativa L.) in Mediterranean environment. Ind. Crop. Prod. 100, 246–254. doi: 10.1016/j.indcrop.2017.02.022

12. Conant R. T., Walsh R. P., Walsh M., Bell C. W., Wallenstein M. D. (2017). Effects of a microbial biostimulant, mammoth PTM, on Cannabis sativa bud yield. J. Hortic. 4:191. doi: 10.4172/2376-0354.1000191

13. Conneely L. J., Mauleon R., Mieog J., Barkla B. J., Kretzschmar T. (2021). Characterization of the Cannabis sativa glandular trichome proteome. PLoS One 16:e0242633. doi: 10.1371/journal.pone.0242633

14. Danziger N., Bernstein N. (2021a). Light matters: effect of light spectra on cannabinoid profile and plant development of medical cannabis (Cannabis sativa L.). Ind. Crop. Prod. 164:113351. doi: 10.1016/j.indcrop.2021.113351

15. Danziger N., Bernstein N. (2021b). Plant architecture manipulation increases cannabinoid standardization in ‘drug-type’ medical cannabis. Ind. Crop. Prod. 167:113528. doi: 10.1016/j.indcrop.2021.113528

16. Dayanandan P., Kaufman P. B. (1976). Trichomes of Cannabis sativa L. (Cannabaceae). Am. J. Bot. 63, 578–591. doi: 10.1002/j.1537-2197.1976.tb11846.x

17. Degenhardt J., Köllner T. G., Gershenzon J. (2009). Monoterpene and sesquiterpene synthases and the origin of terpene skeletal diversity in plants. Phytochemistry 70, 1621–1637. doi: 10.1016/j.phytochem.2009.07.030, PMID:

18. Desaulniers Brousseau V., Wu B. S., MacPherson S., Morello V., Lefsrud M. (2021). Cannabinoids and terpenes: how production of photo-protectants can be manipulated to enhance Cannabis sativa L. Phytochemistry. Front. Plant Sci. 12:620021. doi: 10.3389/fpls.2021.620021

19. Eichhorn Bilodeau S., Wu B. S., Rufyikiri A. S., MacPherson S., Lefsrud M. (2019). An update on plant photobiology and implications for cannabis production. Front. Plant Sci. 10, 296. doi: 10.3389/fpls.2019.00296

20. ElSohly M. A., Gul W. (2014). “Constituents of cannabis sativa,” in Handbook of Cannabis. ed. Pertwee R. (Oxford: Oxford University Press; ), 3–22. doi: 10.1093/acprof:oso/9780199662685.003.0001

21. ElSohly M. A., Slade D. (2005). Chemical constituents of marijuana: the complex mixture of natural cannabinoids. Life Sci. 78, 539–548. doi: 10.1016/j.lfs.2005.09.011, PMID:

22. Fairbairn J. W. (1972). The trichomes and glands of Cannabis sativa L. BULL. STUPEF 24, 29–33.

23. Farha M. A., El-Halfawy O. M., Gale R. T., Macnair C. R., Carfrae L. A., Zhang X., et al.. (2020). Uncovering the hidden antibiotic potential of cannabis. ACS Infect. Dis. 6, 338–346. doi: 10.1021/acsinfecdis.9b00419

24. Flores-Sanchez I. J., Verpoorte R. (2008). Secondary metabolism in cannabis. Phytochem. Rev. 7, 615–639. doi: 10.1007/s11101-008-9094-4

25. Gohad P., McCoy J., Wambier C., Kovacevic M., Situm M., Stanimirovic A., et al.. (2020). Novel cannabidiol sunscreen protects keratinocytes and melanocytes against ultraviolet B radiation. J. Cosmet. Dermatol. 20, 1350–1352. doi: 10.1111/jocd.13693

26. Grand View Research (2020). Essential Oils Market Size, Share & Trends Analysis Report by Application (Food & Beverages, Spa & Relaxation), By Product (Orange, Peppermint), By Sales Channel, And Segment Forecasts, 2020–2027. San Francisco, CA. Available https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/essential-oils-market#:~:text=The%20global%20essential%20oils%20market%20size%20was%20estimated%20at%20USD,USD%2018.6%20billion20in202020.&text=The%20global%20essential%20oils%20market%20is%20expected%20to%20grow%20at,USD%2033.3%20billion20by202027 (Accessed 05 June, 2021)

27. Gülck T., Møller B. L. (2020). Phytocannabinoids: origins and biosynthesis. Trends Plant Sci. 25, 985–1004. doi: 10.1016/j.tplants.2020.05.005, PMID:

28. Hammond C. T., Mahlberg P. G. (1973). Morphology of glandular hairs of Cannabis sativa from scanning electron microscopy. Am. J. Bot. 60, 524–528. doi: 10.1002/j.1537-2197.1973.tb05953.x

29. Hanuš L. O., Meyer S. M., Muñoz E., Taglialatela-Scafati O., Appendino G. (2016). Phytocannabinoids: a unified critical inventory. Nat. Prod. Rep. 33, 1357–1392. doi: 10.1039/C6NP00074F, PMID:

30. Hare J. D., Elle E., Van Dam N. M. (2003). Costs of glandular trichomes in Datura wrightii: a three-year study. Evolution 57, 793–805. doi: 10.1111/j.0014-3820.2003.tb00291.x

31. Hawley D., Graham T., Stasiak M., Dixon M. (2018). Improving cannabis bud quality and yield with subcanopy lighting. HortScience 53, 1593–1599. doi: 10.21273/HORTSCI13173-18

32. Janatová A., Fraňková A., Tlustoš P., Hamouz K., Božik M., Klouček P. (2018). Yield and cannabinoids contents in different cannabis (Cannabis sativa L.) genotypes for medical use. Ind. Crops Prod. 112, 363–367. doi: 10.1016/j.indcrop.2017.12.006

33. Jin D., Dai K., Xie Z., Chen J. (2020). Secondary metabolites profiled in cannabis inflorescences, leaves, stem barks, and roots for medicinal purposes. Sci. Rep. 10:3309. doi: 10.1038/s41598-020-60172-6

34. Kim E. S., Mahlberg P. G. (1991). Secretory cavity development in glandular Trichomes of Cannabis sativa L. (Cannabaceae). Am. J. Bot. 78, 220–229. doi: 10.1002/j.1537-2197.1991.tb15749.x

35. Kim E. S., Mahlberg P. G. (1997). Immunochemical localization of tetrahydrocannabinol (THC) in cryofixed glandular trichomes of cannabis (Cannabaceae). Am. J. Bot. 84, 336–342. doi: 10.2307/2446007, PMID:

36. Kim K. S., Vuong T. D., Qiu D., Robbins R. T., Grover Shannon J., Li Z., et al.. (2016). Advancements in breeding, genetics, and genomics for resistance to three nematode species in soybean. Theor. Appl. Genet. 129, 2295–2311. doi: 10.1007/s00122-016-2816-x

37. Koren A., Sikora V., Kiprovski B., Brdar-Jokanović M., Aćimović M., Konstantinović B., et al.. (2020). Controversial taxonomy of hemp. Genetika 52, 1–13. doi: 10.2298/GENSR2001001K

38. Leme F. M., Schönenberger J., Staedler Y. M., Teixeira S. P. (2020). Comparative floral development reveals novel aspects of structure and diversity of flowers in Cannabaceae. Bot. J. Linn. Soc. 193, 64–83. doi: 10.1093/botlinnean/boaa004

39. Levin D. A. (1973). The role of Trichomes in plant defense. Q. Rev. Biol. 48, 3–15. doi: 10.1086/407484

40. Liu Y., Zhu P., Cai S., Haughn G., Page J. E. (2021). Three novel transcription factors involved in cannabinoid biosynthesis in Cannabis sativa L. Plant Mol. Biol. 106, 49–65. doi: 10.1007/s11103-021-01129-9

41. Livingston S. J., Quilichini T. D., Booth J. K., Wong D. C. J., Rensing K. H., Laflamme-Yonkman J., et al.. (2020). Cannabis glandular trichomes alter morphology and metabolite content during flower maturation. Plant J. 101, 37–56. doi: 10.1111/tpj.14516

42. Lyu D., Backer R., Robinson W. G., Smith D. L. (2019). Plant growth-promoting Rhizobacteria for cannabis production: yield, cannabinoid profile and disease resistance. Front. Microbiol. 10:1761. doi: 10.3389/fmicb.2019.01761

43. Magagnini G., Grassi G., Kotiranta S. (2018). The effect of light Spectrum on the morphology and cannabinoid content of Cannabis sativa L. Med. Cannabis Cannabinoids 1, 19–27. doi: 10.1159/000489030

44. Mahlberg P. G., Kim E. S. (2004). Accumulation of cannabinoids in glandular trichomes of cannabis (Cannabaceae). J. Ind. Hemp 9, 15–36. doi: 10.1300/J237v09n01_04

45. Marks M. D., Tian L., Wenger J. P., Omburo S. N., Soto-Fuentes W., He J., et al.. (2009). Identification of candidate genes affecting Δ9- tetrahydrocannabinol biosynthesis in Cannabis sativa. J. Exp. Bot. 60, 3715–3726. doi: 10.1093/jxb/erp210

46. Matoušek J., Kocábek T., Patzak J., Bříza J., Siglová K., Mishra A. K., et al.. (2016). The “putative” role of transcription factors from HlWRKY family in the regulation of the final steps of prenylflavonid and bitter acids biosynthesis in hop (Humulus lupulus L.). Plant Mol. Biologicals 92, 263–277. doi: 10.1007/s11103-016-0510-7

47. Mediavilla V., Steinemann S. (1997). Essential oil of Cannabis sativa L. strains. J. Ind. Hemp 4, 80–82.

48. Mishra A. K., Kocábek T., Nath V. S., Awasthi P., Shrestha A., Killi U. K., et al.. (2020). Dissection of dynamic transcriptome landscape of leaf, bract, and lupulin gland in hop (Humulus lupulus L.). Int. J. Mol. Sci. 21:233. doi: 10.3390/ijms21010233

49. Mudge E. M., Brown P. N., Murch S. J. (2019). The terroir of cannabis: terpene metabolomics as a tool to understand Cannabis sativa selections. Planta Med. 85, 781–796. doi: 10.1055/a-0915-2550

50. Muravnik L. E. (2020). “The structural peculiarities of the leaf glandular Trichomes: A review,” in Plant Cell and Tissue Differentiation and Secondary Metabolites. Reference Series in Phytochemistry. eds. Ramawat K., Ekiert H., Goyal S. (Cham: Springer; ), 1–35.

51. Namdar D., Mazuz M., Ion A., Koltai H. (2018). Variation in the compositions of cannabinoid and terpenoids in Cannabis sativa derived from inflorescence position along the stem and extraction methods. Ind. Crop. Prod. 113, 376–382. doi: 10.1016/j.indcrop.2018.01.060

52. Nerio L. S., Olivero-Verbel J., Stashenko E. (2010). Repellent activity of essential oils: A review. Bioresour. Technol. 101, 372–378. doi: 10.1016/j.biortech.2009.07.048

53. Ohlsson A., Abou-Chaar C. I., Agurell S., Nilsson I. M., Olofsson K., Sandberg F. (1971). Cannabinoid constituents of male and female Cannabis sativa. Bull Narc. 23, 29–32., PMID:

54. Pagnani G., Pellegrini M., Galieni A., D’Egidio S., Matteucci F., Ricci A., et al.. (2018). Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) in Cannabis sativa ‘Finola’ cultivation: An alternative fertilization strategy to improve plant growth and quality characteristics. Ind. Crop. Prod. 123, 75–83. doi: 10.1016/j.indcrop.2018.06.033

55. Panche A. N., Diwan A. D., Chandra S. R. (2016). Flavonoids: An overview. J. Nutr. Sci. 5:e47. doi: 10.1017/jns.2016.41

56. Pate D. W. (1983). Possible role of ultraviolet radiation in evolution of cannabis chemotypes. Econ. Bot. 37, 396–405. doi: 10.1007/BF02904200

57. Potter D. J. (2009). The propagation, characterisation and optimisation of Cannabis sativa L. as a phytopharmaceutical. Doctoral thesis. London, England: King’s College London.

58. Ren G., Zhang X., Li Y., Ridout K., Serrano-Serrano M. L., Yang Y., et al.. (2021). Large-scale whole-genome resequencing unravels the domestication history of Cannabis sativa. Sci. Adv. 7:eabg2286. doi: 10.1126/sciadv.abg2286

59. Russo E. B. (2011). Taming THC: potential cannabis synergy and phytocannabinoid-terpenoid entourage effects. Br. J. Pharmacol. 163, 1344–1364. doi: 10.1111/j.1476-5381.2011.01238.x

60. Russo E. B., McPartland J. M. (2001). Cannabis and cannabis extracts: greater than the sum of their parts? J. Cannabis Ther. 1, 103–132.

61. Saloner A., Bernstein N. (2021). Nitrogen supply affects cannabinoid and terpenoid profile in medical cannabis (Cannabis sativa L.). Ind. Crop. Prod. 167:113516. doi: 10.1016/j.indcrop.2021.113516

62. Sangwan N. S., Farooqi A. H. A., Shabih F., Sangwan R. S. (2001). Regulation of essential oil production in plants. Plant Growth Regul. 34, 3–21. doi: 10.1023/A:1013386921596

63. Sirikantaramas S., Taura F., Tanaka Y., Ishikawa Y., Morimoto S., Shoyama Y. (2005). Tetrahydrocannabinolic acid synthase, the enzyme controlling marijuana psychoactivity, is secreted into the storage cavity of the glandular trichomes. Plant Cell Physiol. 46, 1578–1582. doi: 10.1093/pcp/pci166, PMID:

64. Sirikantaramas S., Yamazaki M., Saito K. (2008). Mechanisms of resistance to self-produced toxic secondary metabolites in plants. Phytochem. Rev. 7:467. doi: 10.1007/s11101-007-9080-2

65. Spitzer-Rimon B., Duchin S., Bernstein N., Kamenetsky R. (2019). Architecture and florogenesis in female Cannabis sativa plants. Front. Plant Sci. 10:350. doi: 10.3389/fpls.2019.00350

66. Swider J.. (2021). Lab Shopping: Highlighting the Need for Checks and Balances in Cannabis. Available at: https://cannabisindustryjournal.com/column/lab-shopping-highlighting-the-need-for-checks-and-balances-in-cannabis/ (Accessed 6 May, 2021).

67. Taghinasab M., Jabaji S. (2020). Cannabis microbiome and the role of endophytes in modulating the production of secondary metabolites: an overview. Microorganisms 8:355. doi: 10.3390/microorganisms8030355

68. Tang K., Struik P. C., Yin X., Calzolari D., Musio S., Thouminot C., et al.. (2017). A comprehensive study of planting density and nitrogen fertilization effect on dual-purpose hemp (Cannabis sativa L.) cultivation. Ind. Crop. Prod. 107, 427–438. doi: 10.1016/j.indcrop.2017.06.033

69. Taschwer M., Schmid M. G.. (2015). Determination of the relative percentage distribution of THCA and δ9-THC in herbal cannabis seized in Austria – Impact of different storage temperatures on stability. Forensic Sci. Int. 254, 167–171. doi: 10.1016/j.forsciint.2015.07.019

70. Tian N., Liu F., Wang P., Zhang X., Li X., Wu G. (2017). The molecular basis of glandular trichome development and secondary metabolism in plants. Plant Gene 12, 1–12. doi: 10.1016/j.plgene.2017.05.010

71. Tissier A., Morgan J. A., Dudareva N. (2017). Plant volatiles: going ‘In’ but not ‘Out’ of Trichome cavities. Trends Plant Sci. 22, 930–938. doi: 10.1016/j.tplants.2017.09.001

72. Tomko A. M., Whynot E. G., Ellis L. D., Dupré D. J. (2020). Anti-cancer potential of cannabinoids, terpenes, and flavonoids present in cannabis. Cancers 12:1985. doi: 10.3390/cancers12071985

73. Toth J. A., Stack G. M., Cala A. R., Carlson C. H., Wilk R. L., Crawford J. L., et al.. (2020). Development and validation of genetic markers for sex and cannabinoid chemotype in Cannabis sativa L. GCB Bioenergy 12, 213–222. doi: 10.1111/gcbb.12667

74. van Klingeren B., ten Ham M. (1976). Antibacterial activity of Δ9-tetrahydrocannabinol and cannabidiol. Antonie Van Leeuwenhoek 42, 9–12. doi: 10.1007/BF00399444

75. Vanhove W., Van Damme P., Meert N. (2011). Factors determining yield and quality of illicit indoor cannabis (cannabis spp.) production. Forensic Sci. Int. 212, 158–163. doi: 10.1016/j.forsciint.2011.06.006

76. Wagner G. J. (1991). Secreting glandular trichomes: more than just hairs. Plant Physiol. 96, 675–679. doi: 10.1104/pp.96.3.675

77. Yamauchi T., Shoyama Y., Aramaki H., Azuma T., Nishioka I. (1967). Tetrahydrocannabinolic acid, a genuine substance of tetrahydrocannabinol. Chem. Pharm. Bull. 15, 1076–1079. doi: 10.1248/cpb.15.1075

78. Zager J. J., Lange I., Srividya N., Smith A., Markus Lange B. (2019). Gene networks underlying cannabinoid and terpenoid accumulation in cannabis. Plant Physiol. 180, 1877–1897. doi: 10.1104/pp.18.01506

79. Zoorob M. J. (2021). The frequency distribution of reported THC concentrations of legal cannabis flower products increases discontinuously around the 20% THC threshold in Nevada and Washington state. J. Cannabis Res. 3:6. doi: 10.1186/s42238-021-00064-2