_ Genomul nou secvențial dezvăluie preistoricul cafelei povestea originii și viitorul său sub schimbările climatice

Cheia pentru cultivarea plantelor de cafea care pot rezista mai bine schimbărilor climatice în deceniile următoare ar putea fi în trecutul antic.

Cercetătorii co- conduși de Universitatea din Buffalo, au creat ceea ce ei spun că este genomul de referință de cea mai înaltă calitate până în prezent al celei mai populare specii de cafea din lume, Arabica, dezvăluind secrete despre descendența sa care acoperă milenii și continente.

Descoperirile lor, publicate în Nature Genetics, sugerează că Coffea arabica s-a dezvoltat acum mai bine de 600.000 de ani în pădurile din Etiopia prin împerechere naturală între alte două specii de cafea. Populația Arabica a crescut și a scăzut pe parcursul perioadelor de încălzire și răcire a Pământului de-a lungul a mii de ani, a constatat studiul, înainte de a fi în cele din urmă cultivată în Etiopia și Yemen, și apoi răspândită pe glob.

„Am folosit informațiile genomice. în plantele care trăiesc astăzi, pentru a reveni în timp și pentru a picta cea mai precisă imagine posibilă a istoriei lungi a Arabica, precum și pentru a determina modul în care soiurile moderne cultivate sunt legate între ele", spune autorul corespondent al studiului, Victor Albert, Ph.D. ., Empire Innovation Professor la Departamentul de Științe Biologice UB, din cadrul Colegiului de Arte și Științe.

Giantii cafelei precum Starbucks și Tim Hortons folosesc exclusiv boabe de la plante Arabica pentru a prepara milioanele de cești de cafea pe care le ei servește zilnic, totuși, parțial datorită unei diversități genetice scăzute care decurge dintr-o istorie de consangvinizare și dintr-o populație mică, Arabica este susceptibilă la mulți dăunători și boli și poate fi cultivată doar în câteva locuri din lume, unde amenințările patogenilor sunt mai mici și Condițiile climatice sunt mai favorabile.

„O înțelegere detaliată a originilor și a istoriei de reproducere a soiurilor contemporane este crucială pentru dezvoltarea de noi soiuri de Arabica mai bine adaptate la schimbările climatice”, spune Albert.

Din noul lor genom de referință, realizat folosind tehnologia de ultimă oră de secvențiere a ADN-ului și știința avansată a datelor, echipa a reușit să secvențeze 39 de soiuri de Arabica și chiar un exemplar din secolul al XVIII-lea folosit de naturalistul suedez Carl Linnaeus pentru a denumi specia.

„În timp ce există alte referințe publice pentru cafeaua Arabica, calitatea muncii echipei noastre este extrem de ridicată”, spune unul dintre membrii studiului. -lideri, Patrick Descombes, expert senior în genomică la Nestlé Research. „Am folosit abordări genomice de ultimă generație, inclusiv secvențierea ADN-ului cu lectură lungă și scurtă, pentru a crea cel mai avansat, complet și continuu genom de referință Arabica de până acum.”

Arabica este sursa a aproximativ 60% din totalul produselor de cafea din lume, cu semințele sale ajutând milioane de oameni să-și înceapă ziua sau să rămână treaz până târziu. Cu toate acestea, încrucișarea inițială care a creat-o s-a făcut fără nicio intervenție din partea oamenilor.

Arabica s-a format ca o hibridizare naturală între Coffea canephora și Coffea eugenioides, după care a primit două seturi de cromozomi de la fiecare părinte. Oamenii de știință au avut dificultăți în a identifica exact când și unde a avut loc acest eveniment de alopoliploidizare, cu estimări variind peste tot între 10.000 și 1 milion de ani în urmă.

Pentru a găsi dovezi pentru evenimentul inițial, cercetătorii de la UB și lor. partenerii și-au condus diferitele genomuri Arabica printr-un program de modelare computațională pentru a căuta semnături ale fundației speciei.

Modelele arată trei blocaje ale populației din istoria Arabica, cea mai veche având loc aproximativ 29.000 de generații – sau 610.000 de ani – în urmă. Acest lucru sugerează că Arabica s-a format cu ceva timp înainte, oriunde între 610.000 și 1 milion de ani în urmă, spun cercetătorii.

„Cu alte cuvinte, încrucișarea care a creat Arabica nu a fost ceva ce au făcut oamenii”, spune Albert. „Este destul de clar că acest eveniment de poliploidie a precedat oamenii moderni și cultivarea cafelei.”

Se crede de multă vreme că plantele de cafea s-au dezvoltat în Etiopia, dar soiurile pe care echipa le-a colectat în jurul Văii Marii Rift, care se întinde din Africa de Sud-Est până în Asia, a afișat o împărțire geografică clară. Soiurile sălbatice studiate au provenit toate din partea de vest, în timp ce soiurile cultivate toate provin din partea de est cea mai apropiată de strâmtoarea Bab al-Mandab care desparte Africa de Yemen.

Acest lucru ar fi aliniat cu dovezile că cultivarea cafelei. este posibil să fi început în principal în Yemen, în jurul secolului al XV-lea. Se crede că călugărul indian Baba Budan a scos clandestinele „șapte semințe” din Yemen în jurul anului 1600, creând soiuri arabe indiene și creând scena pentru răspândirea globală a cafelei astăzi.

„Se pare că diversitatea cafelei yemenite ar putea fi fondatorul tuturor soiurilor majore actuale”, spune Descombes. „Cafea nu este o cultură care a fost puternic încrucișată, cum ar fi porumbul sau grâul, pentru a crea soiuri noi. Oamenii au ales în principal un soi care le-a plăcut și apoi l-au cultivat. Așa că soiurile pe care le avem astăzi probabil există de mult timp. „

Istoria geoclimatică a Africii de Est este bine documentată datorită cercetărilor privind originile umane, astfel încât cercetătorii ar putea contrasta evenimentele climatice cu modul în care populațiile sălbatice și cultivate de Arabica au fluctuat în timp.

Modelarea arată o perioadă lungă de mărime scăzută a populației, între 20-100.000 de ani în urmă, care coincide aproximativ cu o secetă extinsă și un climat mai rece care se crede că a lovit regiunea în urmă cu 40-70.000 de ani. Populația a crescut apoi în perioada umedă africană, cu aproximativ 6–15.000 de ani în urmă, când condițiile de creștere erau probabil mai benefice.

În același timp, cu aproximativ 30.000 de ani în urmă, soiurile sălbatice și soiurile care ar fi în cele din urmă au devenit cultivate de oameni despărțiți unul de celălalt.

„Ei încă s-au reprodus ocazional unul cu celălalt, dar probabil s-au oprit la sfârșitul perioadei umede africane și lărgirea strâmtorii din cauza creșterii nivelului mării în jurul valorii de 8.000. cu 9.000 de ani în urmă”, spune Jarkko Salojärvi, profesor asistent la Universitatea Tehnologică Nanyang din Singapore și un alt autor corespondent al lucrării.

Arabica cultivată este estimată a avea o populație efectivă de numai 10.000 până la 50.000 de persoane. . Diversitatea sa genetică scăzută înseamnă că ar putea fi complet decimată, la fel ca monocultiva bananei Cavendish, de agenți patogeni, cum ar fi rugina frunzelor de cafea, care provoacă pierderi de 1-2 miliarde de dolari anual.

Genomul de referință a reușit să elimine. mai multă lumină asupra modului în care o linie de soiuri Arabica a obținut rezistență puternică la boală.

Soiul Timor s-a format în Asia de Sud-Est ca hibrid spontan între Arabica și unul dintre părinții săi, Coffea canephora. Cunoscută și sub numele de Robusta și folosită în principal pentru cafeaua instant, această specie este mai rezistentă la boli decât Arabica.

„Astfel, atunci când Robusta s-a hibridizat înapoi în Arabica pe Timor, a adus unele dintre genele sale de apărare patogenului. cu ea”, spune Albert, care a coordonat, de asemenea, secvențierea genomului Robusta în 2014. Lucrările actuale ale lui Albert și colaboratorilor prezintă, de asemenea, o versiune foarte îmbunătățită a genomului Robusta, precum și o nouă secvență a celorlalte specii progenitoare ale Arabica, Coffea eugenioides. .

În timp ce crescătorii au încercat să reproducă această încrucișare pentru a stimula apărarea patogenilor, noul genom de referință Arabica a permis cercetătorilor prezenți să identifice o regiune nouă care adăpostește membri ai familiei genelor de rezistență RPP8, precum și un regulator general al rezistenței. gene, CPR1.

„Aceste rezultate sugerează un loc țintă nou pentru potențial îmbunătățire a rezistenței la patogeni în Arabica”, spune Salojärvi.

Genomul a oferit și alte descoperiri noi, cum ar fi soiurile sălbatice care sunt cele mai apropiate de cafeaua Arabica modernă, cultivată. De asemenea, au descoperit că soiul Typica, un soi olandez timpuriu originar fie din India, fie din Sri Lanka, este probabil părintele soiului Bourbon, cultivat în principal de francezi.

„Munca noastră nu a fost diferită de reconstrucția. arborele genealogic al unei familii foarte importante”, spune Albert.

(Fluierul)