foto: pexels.com/Livier Garcia
V-ați gândit vreodată că sursa cea mai importantă a cafelei noastre cea de toate zilele, arborele de cafea Arabica, ar putea înceta să mai existe? Cercetătorii atrag atenția că soiul acesta ar putea fi eliminat de boli și dăunători, fiind foarte vulnerabil. Care este însă originea acestei specii?
Cel mai complet genom al arborelui de cafea Arabica, secvențiat recent de un grup de geneticieni americani, arată că soiul acesta a apărut în Etiopia prin hibridizare naturală, în urmă cu mai bine de 600.000 de ani, informează publicația spaniolă abc.es.
Rezultatele pot ajuta la obținerea unor cereale mai rezistente la schimbările climatice.
Soiul Arabica este sursa a aproximativ 60% din cafeaua din lume, fiind și cel mai răspândit sortiment de cafea în magazinele și cafenelele din orașele noastre. Semințele sale ajută milioane de oameni să înceapă ziua sau să rămână treji noaptea. Cu toate acestea, procesul de formare s-a desfășurat fără nicio intervenție umană.
Un grup de cercetători de la Universitatea din Buffalo (SUA) a reușit să obțină o secvențiere a genomului Arabica de cea mai înaltă calitate. Rezultatele, publicate luni, 15 aprilie, în ”Nature Genetics”, arată că această specie s-a dezvoltat în urmă cu mai bine de 600.000 de ani, în pădurile din Etiopia, prin hibridizarea naturală a altor două specii de cafea, cu mult înainte ca oamenii să înceapă să o cultive și apoi să o răspândească în întreaga lume.
Cu toate acestea, din cauza unui nivel scăzut al diversității genetice, efect al consangvinizării repetate, dar și din cauza răspândirii pe un teritoriu restrâns, acest soi este vulnerabil la mulți dăunători și multe boli și poate fi cultivat doar în câteva locuri din lume, unde condițiile climatice sunt mai favorabile. Secretele genetice ale acestui soi, spun cercetătorii, odată descifrate, pot fi aplicate în domeniul cultivării cerealelor, pentru a le ajuta să reziste mai bine la schimbările climatice în următoarele decenii.
Din noul genom de referință, realizat folosind atât tehnologia de ultimă oră de secvențiere a ADN-ului, cât și știința avansată a datelor, echipa a reușit să secvențieze 39 de soiuri de Arabica, inclusiv un specimen din secolul al XVIII-lea folosit de naturalistul suedez Carl Linnaeus pentru a denumi specia. Genomul de referință se află acum într-o bază de date digitală disponibilă publicului.
”Deși există și alte referințe publice despre cafeaua Arabica, pot spune despre calitatea muncii echipei noastre că este extrem de ridicată. Este cel mai avansat și complet genom de până acum”, spune unul dintre conducătorii studiului, Patrick Descombes, expert senior în genomică la Nestlé Research.
Potrivit cercetătorilor, Coffea arabica s-a format ca o hibridizare naturală între Coffea canephora și Coffea eugenioides, primind două seturi de cromozomi de la fiecare genitor/părinte. Până acum, oamenii de știință au avut dificultăți în a determina exact când și unde a avut loc acest eveniment natural, estimările variind de la 10.000 la 1 milion de ani în urmă.
Pentru a găsi date despre evenimentul inițial, cercetătorii au introdus datele unor genomi ai soiului Arabica într-un program de modelare computațională ( modelare prin calcul, folosind un algoritm ), pentru a căuta semnături ale bazei speciilor.
Modelele arată trei blocaje în timpul evoluției soiului Arabica; cel mai îndepărtat în timp a avut loc acum aproximativ 29.000 de generații (sau 610.000 de ani). Acest lucru sugerează că Arabica s-a format înainte de acest blocaj genetic, între 610.000 și 1 milion de ani în urmă.
„Cu alte cuvinte, încrucișarea care a stat la baza soiului Arabica nu a fost ceva ce au făcut oamenii”, spune coautorul studiului Victor Albert, de la UB. „Este destul de clar că acest eveniment de poliploidie precede oamenii moderni și cultivarea cafelei”. (poliploidie = creștere a numărului de cromozomi în celulele organismelor animale sau vegetale față de numărul de cromozomi caracteristic unei anumite specii, având ca rezultat mărirea taliei sau a unor organe ale individului respectiv/Wikipedia).
Exista, de mult timp, opinia că plantele de cafea s-au dezvoltat în Etiopia, dar soiurile colectate de echipa de cercetătorii din jurul Văii Marelui Rift, care se întinde din Africa de sud-est până în Asia, au arătat o divizare geografică clară. Toate soiurile sălbatice studiate își au originea în partea de vest, în timp ce toate soiurile cultivate își au originea în partea de est, mai aproape de strâmtoarea Bab al-Mandab care separă Africa de Yemen.
Acest lucru ar coincide cu dovezile conform cărora cultivarea cafelei ar fi putut începe în primul rând în Yemen, în jurul secolului al XV-lea. Se crede că un călugăr indian, Baba Budan, a scos legendarele „șapte semințe” din Yemen, în jurul anului 1600, stabilind culturi de Arabica în India și punând, astfel, bazele extinderii globale a cafelei în prezent.
„Se pare că diversitatea cafelei yemenite stă la baza tuturor soiurilor majore de astăzi”, spune Descombes. „Cafeaua nu este o cultură care a fost puternic încrucișată, precum porumbul sau grâul, pentru a crea noi soiuri. Oamenii au ales în principal o varietate care le-a plăcut și apoi au cultivat-o. Deci, soiurile pe care le avem astăzi probabil există de mult timp.”
Efectele climei
Cercetătorii au reușit, de asemenea, să pună în legătură evenimentele climatice de pe continentul african cu modul în care populațiile de Arabica sălbatice și cultivate au fluctuat în timp. Modelele arată o perioadă lungă de dimensiuni reduse a populației, între 20 și 100.000 de ani în urmă, care coincide aproximativ cu o secetă prelungită și un climat mai rece despre care se crede că a lovit regiunea, între 40 și 70.000 de ani în urmă. Populația a crescut apoi în perioada umedă africană, între 6.000 și 15.000 de ani în urmă, când condițiile de creștere erau probabil cele mai benefice.
În același timp, cu aproximativ 30.000 de ani în urmă, soiurile care aveau să rămână sălbatice și soiurile sălbatice care în cele din urmă aveau să fie cultivate de oameni s-au separat unele de altele.
„Încă ocazional se reproduceau unul cu celălalt, dar probabil că au încetat spre sfârșitul perioadei umede africane și lărgirea strâmtorii din cauza creșterii nivelului mării, cu aproximativ 8.000 până la 9.000 de ani în urmă”, spune Jarkko Salojärvi, profesor asistent la Universitatea Tehnologică Nanyang, din Singapore și un alt coautor corespondent al lucrării.
Diversitate genetică scăzută
Arborele de cafea Arabica, aflat în cultură, se estimează că are o dimensiune efectivă a populației de numai 10.000 până la 50.000 de indivizi. Diversitatea sa genetică scăzută înseamnă că populația existentă ar putea fi complet decimată, la fel ca monocultura de banane Cavendish, de agenți patogeni, cum ar fi rugina cafelei, care provoacă pierderi între 1 și 2 miliarde de dolari pe an.
Genomul de referință a reușit să arunce mai multă lumină asupra modului în care o linie de soiuri Arabica a câștigat 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.
„Prin urmare, când Robusta a fost hibridizat din nou cu arabica în Timor, a adus cu sine unele dintre genele sale de apărare a agenților patogeni”, spune Albert, care, de asemenea, a condus secvențierea genomului Robusta în 2014. Lucrarea actuală a lui Albert și colaboratorilor săi prezintă, de asemenea, o versiune mult îmbunătățită a genomului Robusta, precum și o nouă secvență de la o altă specie progenitoare Arabica, Coffea eugenioides.
În timp ce fermierii au încercat să reproducă această încrucișare pentru a spori apărarea împotriva agenților patogeni, noul genom de referință arabica a permis cercetătorilor să identifice o nouă regiune care adăpostește membrii familiei de gene de rezistență RPP8, precum și un regulator general al genei, CPR1.
„Aceste rezultate sugerează un nou loc țintă pentru a îmbunătăți potențial rezistența la patogeni a arborelui de cafea Arabica”, spune Salojärvi.
