Расшифрован геном арабики

Кофе — одна из крупнейших сельскохозяйственных культур в мире: ежедневно потребляется более 2.25 миллиарда чашек. Прогнозируется, что к 2050 году изменение климата сократит площадь, пригодную для выращивания кофе, на 50%. Перемены в температуре и режиме осадков уже делают культуру более уязвимой к болезням и вредителям.

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе сделали важный шаг, который может привести к созданию новых устойчивых к болезням сортов, адаптированных к изменению климата.

В 2017 году генетики UC Davis секвенировали геном Coffea arabica и впервые опубликовали его в открытом доступе. Coffea arabica — вид, обеспечивающий 70% мирового производства кофе.

Финансирование секвенирования предоставила группа Suntory, международная компания в сфере продуктов питания и напитков из Токио.

Новая геномная последовательность размещена на Phytozome.net — публичной базе данных для сравнительной геномики растений, курируемой Объединённым институтом геномных исследований Министерства энергетики США. Она доступна для учёных и селекционеров по всему миру.

Секвенирование генома C. arabica особенно значимо для Калифорнии, где кофейные растения впервые выращиваются в коммерческих целях на континентальной территории США, и формируется индустрия спешиалти-кофе.

"Эта новая геномная последовательность Coffea arabica содержит информацию, критически важную для выведения высококачественных, устойчивых к болезням сортов кофе, которые смогут адаптироваться к климатическим изменениям, угрожающим глобальному производству кофе в следующие 30 лет", — сказал Хуан Медрано, генетик из Колледжа сельскохозяйственных и экологических наук UC Davis и соавтор исследования.

Секвенирование было проведено в сотрудничестве между Медрано и учёными UC Davis Алленом Ван Дейнзе и Дарио Канту.

Сложный геном Coffea arabica

C. arabica — гибридный вид, полученный от скрещивания двух других видов: C. canephora (робуста) и близкородственного C. eugenioides. В результате этого гибридизации сложный геном C. arabica имеет четыре набора хромосом — в отличие от многих других растений и человека, у которых только два набора.

Генетические секреты сорта Гейша

Исследователи UC Davis собрали генетический материал (образцы ДНК и РНК) с 23 деревьев кофе сорта Гейша, растущих на ферме Good Land Organics к северу от Санта-Барбары. Гейша, известный своими уникальными ароматическими качествами, — высокоценный сорт C. arabica, происходящий из гор западной Эфиопии.

Материал одного из деревьев — UCG-17 Гейша — был использован для расшифровки генома C. arabica.

С помощью технологии секвенирования компании Pacific Biosciences (Менло-Парк, Калифорния) исследователи установили, что геном UCG-17 Гейша состоит из 1.19 миллиарда пар оснований — примерно одна треть от человеческого генома.

Исследование, использовавшее комбинацию современных технологий секвенирования и сборки генома от Dovetail Genomics (Санта-Круз, Калифорния), выявило ориентировочно 70 830 предсказанных генов.

В дальнейшем исследователи сосредоточатся на идентификации генов и молекулярных путей, связанных с качеством кофе, в надежде лучше понять профили вкуса кофе Гейша.

Они также секвенировали образцы от 22 других деревьев Гейша и 13 других сортов C. arabica, что важно для выведения растений, устойчивых к болезням и стрессам окружающей среды.

Значение для глобальной индустрии

"Если устойчивость может быть достигнута на уровне производителя кофе, то любители кофе в странах-потребителях смогут продолжать наслаждаться качественным кофе", — отметил Хосе Кавашима, президент и CEO компании Mi Cafeto Co. Ltd. в Токио.

Финансирование проекта секвенирования было предоставлено группой Suntory через её Suntory Global Innovation Center Limited в Киото, Япония.

"Мы ожидаем, что функциональный анализ генов, идентифицированных при секвенировании C. arabica, приведёт к созданию новых, устойчивых к болезням сортов кофе с улучшенными характеристиками вкуса и аромата", — сказал Ёсиказу Танака, старший генеральный менеджер Suntory Global Innovation Center Limited.