Генетическая структура кофе – нетривиальная проблема; В 2022–2023 годах было выращено и продано 10 млн тонн урожая. Кофе, который мы пьем, бывает двух видов: Coffea canephora, также известный как робуста, и Coffea arabica, известный как арабика. Во многих случаях для приготовления напитка зерна этих двух видов смешивают. Но обжаривают и продают и бобы отдельных видов. В целом, зерна арабики составляют около 56% всего продаваемого кофе.

Международная группа исследователей во главе с генетиком растений Мишелем Морганте из из Университета Удине, Италия, провела наиболее полное секвенирование генома Coffea arabica. Результаты показали, что "буквы" в цепях ДНК различаются лишь незначительно. "Если вы посмотрите на вариации отдельных нуклеотидов, их уровни будут в 10–100 раз ниже, чем у любого другого вида", — говорит автор.

Морганте и его команда использовали технологию секвенирования нового поколения, которая позволяет считывать цепи ДНК длиной до сотен тысяч пар оснований без перерывов и с большей точностью, чем предыдущие технологии.

"Благодаря таким технологиям собирать геном становится намного проще, и вы также можете изучать регионы, которые ранее были недоступны", — говорит Морганте.

Что содержится в напитке?

Большинство генетических вариаций живых организмов происходит в результате гибридизации с другими видами. Однако для C. arabica это относительно редкое явление, поскольку у этого сорта более двух копий каждой хромосомы — явление, называемое полиплоидией. Это значительно затрудняет скрещивание арабики с другими видами.

В результате основным источником вариаций отдельных нуклеотидов C. arabica являются мутации, которые происходят с постоянной скоростью с течением времени. Однако этот вид также относительно молод: он сформировался как гибрид робусты и Coffea eugenioides — еще одного вида кофе, который широко никогда не культивировался.

Несмотря на это, существует большая разница в физических характеристиках растения арабика, включая вкусовые качества зерен и различия в устойчивости к болезням, говорит заслуженный генетик Хуан Медрано из Калифорнийского университета в Дэвисе. "Мы всегда говорим о низкой изменчивости на уровне ДНК, но существует изменчивость на структурном уровне, на хромосомном уровне, на уровне делеций… и инсерций", — говорит Медрано.

Исследование обнаружило доказательства значительных хромосомных перестроек, особенно у разновидности арабики под названием Бурбон. Были делеции, при которых отсутствовали фрагменты хромосом — в некоторых случаях большие куски — и даже случаи, когда хромосомы отсутствовали целиком.

Ценный ресурс

По словам Кассахуна Тесфайе, генетика растений из Института Биотехнология в Университете Аддис-Абебы, помимо того, что секвенированный геном прольет свет на фенотипические вариации C. arabica, он станет ценным ресурсом для селекционеров кофе, особенно в условиях, когда болезни и изменение климата ставят под угрозу долгосрочную устойчивость производства зерен.

"Глубокое понимание генома, по сути, поможет нам узнать, как развивалась эта культура, а также понять геномы кофе в соответствии с его родительскими геномами", — говорит Тесфайе.

Эта работа также послужит основой для программ селекции кофе – и, возможно, даже генетической модификации – для отбора благоприятных характеристик, таких как устойчивость к грибку, называемому кофейной ржавчиной, или низкий уровень кофеина, говорит Тесфайе.

Исследование было опубликовано в Nature Communications.