_ Oamenii de știință găsesc gene comune care apără cafeaua plante împotriva bolilor devastatoare

Cafea arabica este cea mai importantă cafea din punct de vedere economic la nivel global și reprezintă 60% din produsele de cafea din întreaga lume. Dar plantele din care provine sunt vulnerabile la o boală care, în anii 1800, a devastat imperiul cafelei din Sri Lanka.

Acum, o echipă internațională de cercetători condusă de Universitatea Tehnologică Nanyang, Singapore (NTU Singapore) a făcut o descoperire care ajută la protejarea plantelor Arabica (Coffea arabica) împotriva bolii fungice, numită rugina frunzelor de cafea.

Ceilalți co-conduceri ai studiului, publicat în Nature Genetics, se bazează la cel mai mare centru din lume. compania de produse alimentare și băuturi Nestlé, Université de Montpellier din Franța și Universitatea din Buffalo din Statele Unite.

Oamenii de știință au cartografiat, în detaliu, tot materialul genetic – sau genomul – din Arabica și două plantele de cafea aferente. Acest lucru a permis echipei să identifice o nouă combinație de gene împărtășite de plante care sunt rezistente la rugina frunzelor de cafea. Cu datele despre genom, pot fi identificate și alte trăsături utile ale plantelor de cafea.

Descoperirea genelor de rezistență deschide calea pentru a proteja mai bine doza zilnică a iubitorilor de cafea și pentru a menține gustul de înaltă calitate al băuturii lor, astfel sprijinirea unei industrii care angajează milioane de muncitori. Potrivit Organizației Internaționale a Cafelei, mijloacele de trai a 125 de milioane de oameni din întreaga lume depind de afacerea cu cafea.

Boala ruginii frunzelor de cafea a făcut ravagii în țările producătoare de cafea și continuă să distrugă fermele de cafea în prezent. Agenția Statelor Unite pentru Dezvoltare Internațională a estimat că, între 2012 și 2014, un focar de rugina frunzelor de cafea a cauzat daune economice de aproximativ 1 miliard USD (1,36 miliarde USD) în America Latină.

Profesorul asistent Jarkko Salojarvi de la NTU. Școala de Științe Biologice, care a condus echipa de cercetare, a spus: „Secvențele genomului de înaltă calitate ale celor trei specii de plante, împreună cu secvențele genetice candidate pentru rezistența la rugina frunzelor de cafea, formează piatra de temelie pentru reproducerea de noi soiuri de plante Arabica. care sunt mai adaptabile la schimbări și mai rezistente la bolile cauzate de agenți patogeni precum ciupercile.”

Proiectul a implicat un consorțiu mare de cercetători și crescători de cafea din Australia, Belgia, Brazilia, Canada, China, Columbia, Finlanda. , Franța, Germania, Indonezia, Italia, Țările de Jos, Africa de Sud, Spania, Elveția, Uganda și Statele Unite.

Dr. Patrick Descombes, expert senior în genomică la Nestlé Research și unul dintre co-conductorii studiului, a declarat: „În timp ce există alte referințe publice pentru Arabica, calitatea muncii echipei noastre este extrem de ridicată. Am folosit stadiul actual. abordări ale genomicei artistice – inclusiv secvențierea cu debit înalt de citire lungă și scurtă – pentru a crea cea mai avansată, completă și continuă referință Arabica până în prezent.”

Plantele Arabica au o diversitate genetică scăzută, ceea ce le face susceptibile la dăunători și boli. . De obicei, plantele cultivate nu au trăsătura genetică care conferă rezistență la rugina frunzelor de cafea, care este cauzată de ciupercile Hemileia vastatrix.

Ciupercile formează pete galben-portocalii pe frunzele plantelor de cafea, care în cele din urmă se ofilesc si cad. Pierderea frunzelor scade calitatea și cantitatea boabelor plantelor recoltate pentru prepararea cafelei.

Pentru a preveni distrugerea potențial dezastruoasă a plantelor Arabica din întreaga lume de către rugina frunzelor de cafea, oamenii de știință au studiat originile genomice și istoria reproducerii. a plantei.

Au făcut acest lucru prin cartografierea secvențelor genomice foarte detaliate ale Arabica și a două plante producătoare de cafea înrudite, Robusta (C. canephora) și C. eugenioides, care sunt strămoșii moderni. de Arabica.

Acest lucru a fost realizat folosind tehnici avansate, și anume tehnologia PacBio de înaltă fidelitate pentru a secvența ADN-ul cu o precizie ridicată și capturarea conformației cromozomilor cu un randament ridicat pentru a crea hărți 3D detaliate ale modului în care diferitele segmente de ADN interacționează. Datele pentru genom sunt disponibile public.

Analiza oamenilor de știință a sugerat că rezistența la rugina frunzelor de cafea în Arabica s-ar fi putut pierde atunci când plantele Arabica au devenit cultivate pe scară largă, deoarece toate plantele de cafea Arabica cultivate sunt derivate din același stoc, cu o variabilitate genetică foarte mică.

Cu toate acestea, un hibrid de Arabica și Robusta rezistent la boală a fost găsit pe insula Timor în 1927. Din păcate, rezistența vine cu un compromis, așa cum o face hibridul. nu produc cafea care are un gust la fel de bun ca cel din alte plante Arabica.

Fără alternative, descendenții plantei hibride Timor stau în continuare baza tuturor variantelor rezistente la rugina frunzelor de cafea.

Cercetările anterioare au descoperit câteva gene care pot conferi rezistență împotriva ruginii frunzelor în diferite plante de cafea. Dar, fără o hartă a genomului diferitelor plante de cafea, a fost dificil să identificăm cu exactitate aceste gene și greu de dat seama dacă se găseau și în alte plante de cafea, ceea ce ar crește șansa ca acestea să codifice rezistență. Procesul de identificare a genelor a fost, de asemenea, lent.

Cu toate acestea, odată cu noile cercetări care evidențiază în detaliu genomurile diferitelor plante de cafea, identificarea genelor de rezistență va fi mai rapidă și mai precisă.

Folosind informațiile despre genomul plantelor, cercetătorii au analizat cele mai comune soiuri de cafea cultivate, reprezentând aproximativ 95% din producția mondială de cafea și le-au comparat cu descendenții hibridului Timor.

Aceasta le-a permis să găsească un regiune de secvențe de ADN comune între diferitele plante de cafea rezistente la rugina frunzelor, cu o nouă combinație de gene pe bază de Robusta care poate transmite rezistență la plantele Arabica în general. Cunoașterea existenței acestor gene comune crește foarte mult probabilitatea ca aceste secvențe genetice să se poată apăra într-adevăr împotriva ruginii frunzelor și ar putea permite crescătorilor să aleagă pentru ele atunci când cultivă noi soiuri de cafea.

Prin analiza lor, cercetătorii, de asemenea, a postulat că Arabica a provenit dintr-un eveniment întâmplător cu 350.000 până la 610.000 de ani în urmă, când plantele Robusta și C. eugenioides au fost în mod natural polenizate încrucișate pentru a crea primele plante Arabica în sălbăticie.

Această datare intervine între estimările anterioare. , cu unul mai devreme plasând evenimentul întâmplător cu 20.000 de ani în urmă, în timp ce alții îl împing încă cu un milion de ani în urmă. Cercetătorii au spus că discrepanța cifrelor anterioare s-ar putea datora modificărilor istorice ale dimensiunilor populației în sălbăticie și plante cultivate, precum și surselor diferite și cantității limitate de date utilizate.

Prin compararea calității ridicate. secvențele genomice ale Arabica cu cele ale Robusta și C. eugenioides, echipa de cercetare a descoperit că cele trei specii sunt încă foarte asemănătoare genetic. Acest lucru sugerează că, pentru programele viitoare de ameliorare, pentru a se asigura că plantele Arabica au rezistență la boli, crescătorii pot lua în considerare utilizarea altor specii de cafea înrudite, cum ar fi Robusta și C. eugenioides.

Folosind plantele Arabica singure pentru a se reproduce pentru trăsătura de rezistență. este problematică deoarece studiul a constatat că chiar și soiurile sălbatice de Arabica, nu doar cele cultivate, au o diversitate genetică foarte scăzută, ceea ce face mai dificilă reproducerea pentru rezistența la boli.

„Diversitatea genetică scăzută a ambelor cultivate. iar plantele sălbatice moderne de Arabica reprezintă un obstacol pentru reproducerea sa folosind soiurile sălbatice ale plantelor, dar asemănările strânse găsite între plantele Arabica, Robusta și C. eugenioides sunt probabil să faciliteze introducerea de trăsături interesante din ultimele două în Arabica. Asst Prof Salojarvi.

Secvențele genomice foarte detaliate cartografiate pentru toate cele trei plante de cafea înseamnă, de asemenea, că alte trăsături utile ar putea fi identificate în viitor, cum ar fi rezistența la secetă, randament mai bun al culturilor și boabe de cafea mai aromate.

p>Aceste trăsături pot fi identificate cu markeri genetici, care pot fi folosiți pentru a prezice performanța viitoare a răsadurilor de cafea, în loc să aștepte ani de zile ca plantele să se maturizeze și să poarte fructe de pădure pentru a afla.

De când frunza. Hibridul rezistent la rugină din Timor nu produce cafea la fel de bună ca cea din plantele obișnuite Arabica, datele genomului compilate oferă acum o cale rapidă pentru cercetători pentru a reproduce noi plante rezistente la boli care păstrează în continuare gustul sublim, neted și dulce al Arabica savurat de iubitorii de cafea din întreaga lume.

(Fluierul)