Génétique du cannabis : ce que les gènes disent vraiment

La génétique du cannabis reste l’une des disciplines les moins comprises malgré des décennies de culture intensive. Les breeders ont longtemps travaillé sur des critères visuels, olfactifs, gustatifs, sans accès aux mécanismes sous-jacents. La génomique a changé ça. Depuis 2015, plusieurs études publiées dans des revues à comité de lecture ont mis des noms précis sur ce que nous observions en culture : pourquoi telle plante fait du CBD plutôt que du THC, pourquoi la morphologie varie autant entre génétiques, pourquoi éliminer les mâles a un coût réel et mesurable. Cet article passe en revue les découvertes les plus solides, en les ancrant dans les sources primaires.

NLD / BLD : « sativa » et « indica » sont des noms mal posés

Pour comprendre simplement

On entend constamment « sativa » pour les plantes à feuilles étroites et effet tonique, « indica » pour les plantes trapues à larges feuilles et effet calmant. Ces termes sont pratiques mais botaniquement inexacts. Robert Clarke et Mark Merlin ont proposé une taxonomie plus rigoureuse, basée sur la morphologie foliaire et l’usage : NLD (Narrow Leaflet Drug), BLD (Broad Leaflet Drug), NLH (Narrow Leaflet Hemp) et BLH (Broad Leaflet Hemp). Ce que tout le monde appelle « sativa » est en fait NLD. Ce que tout le monde appelle « indica » est en fait BLD. Et le vrai Cannabis sativa au sens linnéen est le chanvre européen industriel, NLH, une plante qui ne produit quasiment aucun cannabinoïde.

Niveau technique

La classification Clarke & Merlin (2016) distingue quatre groupes dans le genre Cannabis, traité comme monotypique (C. sativa L.) :

• NLH (Narrow Leaflet Hemp, C. sativa ssp. sativa) : chanvre européen à fibres longues, faible en THC, folioles étroites.
• BLH (Broad Leaflet Hemp, C. indica ssp. chinensis) : chanvre est-asiatique, folioles larges, sélectionné pour la graine et la fibre.
• NLD (Narrow Leaflet Drug, C. indica ssp. indica) : variétés à floraison longue, origine tropicale (Asie du Sud, Afrique, Caraïbes). Ce que le marché appelle « sativa ».
• BLD (Broad Leaflet Drug, C. indica ssp. afghanica) : variétés afghanes, floraison courte, feuilles larges et sombres, forte résine. Ce que le marché appelle « indica ».

La phylogéographie moléculaire confirme cette structure. Balant et al. (2025, Plants People Planet, DOI : 10.1002/ppp3.70043) ont analysé des collections sauvages et cultivées via une approche Hyb-Seq couplant capture ciblée et séquençage shotgun. Résultat : trois grands groupes génétiques, E Asia, Paleotropis et Boreal, avec une structure phylogéographique claire malgré des niveaux élevés d’admixture. Le groupe Paleotropis se subdivise en trois sous-groupes (plateau iranien, Chine centrale et Himalaya, Indoafrique), le groupe Boreal en deux (Eurosibérie/Mongolie occidentale et Caucase/Méditerranée). Les landraces chanvre et drogue correspondent systématiquement à leur origine géographique.

Le sexe de la plante : chromosomes X/Y, locus PAR et coût réel des féminisées

Pour comprendre simplement

Comme chez les humains, le cannabis a des chromosomes sexuels : les femelles sont XX, les mâles XY. Mais c’est là que la ressemblance s’arrête. Chez le cannabis, ce n’est pas le chromosome Y qui « décide » du sexe. C’est un mécanisme localisé sur le chromosome X. Et produire des graines féminisées en éliminant systématiquement les mâles a des conséquences génétiques mesurables : ça appauvrit une région précise du génome qui ne se recombine que lors de la méiose mâle.

Niveau technique

Le génome haploïde du cannabis mesure 818 Mb chez la femelle et 843 Mb chez le mâle. La différence est liée à la taille plus grande du chromosome Y (Hurgobin et al., 2021, New Phytologist 230(1):73–89, PMC7986631). Le chromosome 10 (nomenclature cs10 v.2.0) est le chromosome sexuel.

Une étude publiée en avril 2026 dans New Phytologist (DOI : 10.1111/nph.71185, Toscani et al.) a identifié, par cartographie QTL dans une population ségrégante combinée à une transcriptomique comparative entre cultivars monoïques et dioïques, un locus sur le chromosome X nommé Monoecy1. Il est situé dans la région la plus ancienne et divergente des chromosomes sexuels et contient trois gènes dans 60 000 paires de bases :

• CsREM16 : actif chez les femelles et les plantes mixtes, associé à l’expression femelle.
• lncREM16 : ARN non-codant long, expression principale chez les mâles, probablement inhibiteur du signal femelle.
• CsKAN4 : expression réduite chez les plantes monoïques, son abaissement semble lever le contrôle hormonal qui maintient le développement femelle.

Ces trois gènes n’agissent pas indépendamment. C’est leur interaction combinatoire qui pilote le type sexuel. Toscani et al. proposent que Monoecy1 gouverne à la fois la distinction mâle/femelle et la distinction dioïque/monoïque.

Les cannabinoïdes : THCAS, CBDAS, locus B et pourquoi la CBDAS est l’enzyme décisive

Pour comprendre simplement

Une plante produit du CBD ou du THC selon qu’elle possède une enzyme active pour fabriquer du CBD. Si cette enzyme est cassée, toute la matière première disponible part vers le THC, non pas parce que l’enzyme THC est plus rapide ou plus forte, mais parce qu’elle n’a plus de concurrente. Les deux enzymes ont des vitesses quasi-identiques. C’est la présence ou l’absence d’une CBDAS fonctionnelle qui fait tout.

Niveau technique

Les cannabinoïdes sont produits dans les trichomes glandulaires capitulés-pédonculés à partir d’un précurseur commun, l’acide cannabigérolique (CBGA). Le CBGA est synthétisé par une prényltransférase à partir de deux voies métaboliques :

• La voie polyketide produit l’acide olivétolique (OA), spécifique au cannabis.
• La voie MEP (methylerythritol phosphate, plastidiale) produit le GPP (geranyl pyrophosphate), qui est aussi le précurseur des monoterpènes. Les deux voies partagent ce nœud métabolique en amont.

À partir du CBGA, trois synthases à flavoprotéine oxydocyclase catalysent les cannabinoïdes acides majeurs :

• THCAS (tetrahydrocannabinolic acid synthase) → THCA
• CBDAS (cannabidiolic acid synthase) → CBDA
• CBCAS (cannabichromenic acid synthase) → CBCA

Ces trois enzymes partagent une forte similarité de séquence en acides aminés : THCAS et CBCAS sont identiques à 92% entre elles, mais seulement à 84% et 83% avec CBDAS respectivement (Sirikantaramas et al. 2004 ; Taura et al. 2007 ; Laverty et al. 2019). THCAS est phylogénétiquement plus proche de CBCAS que de CBDAS, ce qui indique que THCAS et CBCAS sont des duplications plus récentes issues d’un ancêtre commun CBDAS. Van der Berg et al. (Genome Biology and Evolution, 2021, DOI : 10.1093/gbe/evab130) confirment cette origine : les gènes oxydocyclases cannabinoïdes sont apparus dans la lignée Cannabis, au sein d’une expansion plus large dans la famille des Cannabaceae, organisés en deux blocs synténiques de répétitions en tandem.

Avant les données génomiques, le modèle dominant proposait un seul locus B avec deux allèles co-dominants : BT (encodant THCAS) et BD (encodant CBDAS). Individus BT/BT → THC dominant (chemotype I), BD/BD → CBD dominant (chemotype III), BT/BD → profil mixte (chemotype II). Ce modèle expliquait bien la ségrégation mendélienne 1:2:1 observée dans les croisements (De Meijer et al. 2003).

Weiblen et al. (New Phytologist 208:1241–1250, 2015, DOI : 10.1111/nph.13562) ont croisé Skunk #1 avec Carmen (chanvre) et analysé 496 individus F2. Ce qui distingue marijuana et chanvre, c’est une CBDAS non fonctionnelle dans la marijuana, avec une délétion de 4 pb entraînant un décalage du cadre de lecture. Cette mutation a été positivement sélectionnée lors de la domestication.

Les assemblages génomiques de haute qualité (Grassa et al. 2018, Laverty et al. 2019, McKernan et al. 2020) confirment le modèle multilocus : THCAS et CBDAS sont deux gènes distincts situés en étroite proximité dans une région riche en rétrotransposons du chromosome 7 (cs10 v.2.0), avec un faible niveau de recombinaison locale. Seules les copies fonctionnelles singulières de THCAS et CBDAS sont exprimées dans les trichomes. Un QTL indépendant non lié au cluster des synthases contrôle la quantité totale de cannabinoïdes, séparant le profil (chemotype I/II/III) de la puissance.

Les terpènes : famille CsTPS, voies MEP et MVA

Pour comprendre simplement

Les terpènes sont les arômes du cannabis : pin, agrumes, terre, lavande, poivre. Ils ne sont pas là uniquement pour sentir bon. Ils jouent un rôle biologique (défense contre les prédateurs, protection antimicrobienne) et interagissent probablement avec les cannabinoïdes pour moduler les effets, même si les preuves mécanistiques de cet « effet entourage » restent limitées. Ce qui est documenté : au moins 55 gènes de terpène-synthases ont été identifiés dans le génome du cannabis, et seulement 14 sont caractérisés fonctionnellement à ce jour. Le profil terpénique est génétiquement complexe, bien plus difficile à prédire que le chemotype cannabinoïde.

Niveau technique

Les terpènes du cannabis sont synthétisés par deux voies :

• Voie MEP (methylerythritol phosphate, plastidiale) : produit le GPP (geranyl pyrophosphate, C10), précurseur des monoterpènes (myrcène, limonène, α-pinène, β-pinène, linalol, terpinolène, ocimène…). Ce GPP est aussi le précurseur de la partie isoprénique du CBGA. Les gènes DXR et HDS régulent l’amont de cette voie.
• Voie MVA (mevalonate, cytosolique) : produit le FPP (farnesyl pyrophosphate, C15), précurseur des sesquiterpènes (β-caryophyllène, α-humulène, β-bisabolol, nérolidol, guaiol…).

Les monoterpènes (C10) sont plus volatils et plus odorants à température ambiante. Les sesquiterpènes (C15) sont plus stables et contribuent aux arômes profonds et persistants. Les essences de chanvre sont dominées par les monoterpènes, celles du cannabis drogue par les sesquiterpènes (Hurgobin et al. 2021).

Au moins 55 gènes terpène-synthase (CsTPS) ont été identifiés dans le génome (Allen et al. 2019 ; Booth et al. 2020 ; McKernan et al. 2020), organisés en deux sous-familles : CsTPS-a (sesquiterpène synthases) et CsTPS-b (monoterpène synthases, dont certains membres peuvent produire des sesquiterpènes). Ces gènes présentent un CNV important organisé en clusters tandem, comme les synthases des cannabinoïdes.

L’autofloraison : deux loci, deux origines, un trait mal compris

Pour comprendre simplement

Les auto fleurissent sans avoir besoin de jours courts, c’est ce qui les rend si pratiques à cultiver. On dit souvent que ce trait vient d’un gène unique hérité du Cannabis ruderalis. C’est plus compliqué que ça. La recherche récente montre qu’il existe au moins deux mécanismes génétiques distincts, apparus indépendamment l’un de l’autre, qui aboutissent au même résultat visible : une plante qui fleurit en fonction de son âge, pas de la longueur du jour. Sans connaître le mécanisme en jeu, la ségrégation de la génération suivante devient une surprise..

Niveau technique

Le cannabis est une plante à jours courts : la floraison se déclenche quand la nuit dépasse un seuil critique. Les variétés insensibles à la photopériode, dites autofloraisons, contournent ce mécanisme. Deux loci majeurs et indépendants ont été cartographiés à ce jour.

Autoflower1 (chromosome 1, région 17.74–22.94 Mb dans le génome de référence cs10 v.2.0) a été identifié par Toth et al. (2022, Frontiers in Plant Science 13:991680, DOI : 10.3389/fpls.2022.991680) par analyse de ségrégation bulkée. Le trait se comporte comme récessif mendélien avec ségrégation 1:2:1. Le gène candidat le plus solide est CsPRR37 (PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 37), un gène de l’horloge circadienne. Leckie et al. (2024, The Plant Journal, DOI : 10.1111/tpj.16726) ont identifié dans CsPRR37 une mutation du site d’épissage qui produit des transcrits incomplets. CsPRR37 réprime normalement l’expression du gène florigen CsFT (FLOWERING LOCUS T) en jours longs. Quand CsPRR37 est non fonctionnel, cette répression tombe et FT s’exprime indépendamment de la photopériode.

Autoflower2 (chromosome 8) a été caractérisé par Dowling et al. (2024, The Plant Journal 119(1):383–403, DOI : 10.1111/tpj.16769) dans le cultivar chanvre Finola. Ce locus est dominant et fonctionne par un mécanisme différent : une duplication en tandem du gène CsFT1, orthologue du FLOWERING LOCUS T d’Arabidopsis thaliana. L’augmentation du dosage génique de CsFT1 suffit à lever la dépendance à la photopériode.

Résistance génétique et goulot d’étranglement des féminisées

Pour comprendre simplement

La résistance d’une plante aux maladies et aux stress est inscrite dans la diversité de ses gènes de défense. Réduire cette diversité en sélectionnant sur un pool trop étroit fragilise la plante sur le long terme. Le HLVd (Hop Latent Viroid) illustre ce problème : il s’est répandu massivement dans les cultures clonales et féminisées, précisément là où la diversité génétique et les mâles avaient disparu.

Niveau technique

Le goulot d’étranglement génétique du cannabis drogue est bien documenté : domestication, élevage clandestin intensif, et production exclusive de graines féminisées ont réduit la diversité allélique (Sawler et al. 2015 ; Soorni et al. 2017 ; Hurgobin et al. 2021). Le locus PAR concentre une partie du problème, voir section précédente.

Le Hop Latent Viroid (HLVd) est un viroid ARN simple brin d’environ 256 nucléotides qui se réplique dans le noyau cellulaire via l’ARN polymérase II de l’hôte. Punja et al. (Plants 14(5):830, 2025, DOI : 10.3390/plants14050830) documentent quatre voies de transmission :

1. Boutures de plants infectés (voie principale)
2. Outils de coupe contaminés
3. Contact racinaire en culture hydroponique
4. Pollen et graines (voie minoritaire mais documentée)

La résistance environnementale est remarquable : infectieux sur surfaces sèches pendant des semaines, résistant aux désinfectants courants, détruit uniquement par hypochlorite de sodium à haute concentration, certains produits spécialisés (VIROGARD), ou chaleur. Aucun traitement curatif n’existe. La culture méristématique est la seule méthode de remédiation, avec des taux de succès variables selon le génotype.

Pour aller plus loin sur le HLVd, j’ai consacré un article complet au sujet.

Ce que la génétique du cannabis change pour le breeding chez JGL-USC

Les mécanismes décrits ci-dessus sont directement lisibles dans les choix de breeding.

Travailler sur graines régulières avec des mâles sélectionnés, c’est conserver la recombinaison au locus PAR et maintenir l’hétérozygosité. Les lignées féminisées exclusives ne créent pas ce problème en une génération, mais sur plusieurs générations, l’appauvrissement est documenté. C’est un compromis qu’on accepte ou pas selon ce qu’on cherche à faire.

Les landraces, c’est la même logique. Les groupes phylogéographiques de Balant et al. (2025) montrent que ces populations sont des pools génétiques distincts, adaptés à des environnements spécifiques, porteurs de variants alléliques aux loci CsTPS, CBDAS, THCAS et de résistance qui ne se trouvent plus dans les catalogues commerciaux. Zamal de La Réunion, Népalaise, Chitral afghan : ce ne sont pas les mêmes pools, ce ne seront pas les mêmes résultats, même avec le même chemotype cible.

Sur le CBD : stabiliser un chemotype III homozygote (BD/BD), c’est s’assurer que la CBDAS fonctionnelle est présente des deux côtés. Travailler dans un contexte génétique NLD plutôt que BLD n’est pas anecdotique. Ce sont des pools différents, avec des profils terpéniques et des phénotypes de culture très différents.

J’ai commencé ce travail en 2013 sur les génétiques CBD. La Zamal CBD et l’Afghan CBD sont disponibles. La Nepalma type 2 et la ColJam type 2 tournaient déjà il y a plus de dix ans. La Nepalma type 3 high CBD va rejoindre le catalogue d’ici peu. D’autres croisements NLD enrichis en CBDa synthase suivront, ainsi que des clones anciens en cours de conversion vers le type 3 : Amnesia core cut, Santa Maria plank cut, ECSD, OG Kush Larry cut. Régulières, mâles sélectionnés, plusieurs générations de stabilisation, toujours le maître mot.

La vibe,
JGL