Forskere finder fælles gener, der forsvarer kaffeplanter mod ødelæggende sygdom

Forskernes analyse antydede, at modstanden mod kaffebladrust i Arabica kan være gået tabt, da Arabica-planter blev udbredt i stor udstrækning, da alle dyrkede Arabica-kaffeplanter stammer fra den samme bestand med meget lidt genetisk variation.

Imidlertid blev en hybrid af Arabica og Robusta resistent over for sygdommen fundet på øen Timor i 1927. Desværre kommer modstanden med en afvejning, da hybriden ikke producerer kaffe, der smager så godt som den fra andre Arabica-planter.

Uden alternativer danner efterkommerne af Timor-hybridplanten stadig grundlaget for alle rustbestandige varianter af kaffeblade.

Tidligere forskning har opdaget nogle gener, der potentielt giver resistens mod bladrust i forskellige kaffeplanter. Men uden et kort over de forskellige kaffeplanters genom var det svært at identificere disse gener præcist og svært at finde ud af, om de også fandtes i andre kaffeplanter, hvilket ville øge chancen for, at de kodede for resistens. Genidentifikationsprocessen var også langsom.

Men med den nye forskning, der kortlægger genomerne af forskellige kaffeplanter i stor detalje, vil det være hurtigere og mere præcist at identificere resistensgener.

Ved hjælp af planternes genomoplysninger analyserede forskerne de mest almindelige dyrkede kaffesorter, der repræsenterer omkring 95 % af verdens kaffeproduktion, og sammenlignede dem med efterkommere af Timor-hybriden.

Dette gjorde det muligt for dem at finde en region af DNA-sekvenser, der er fælles blandt forskellige bladrustresistente kaffeplanter, med en ny kombination af Robusta-baserede gener, der kan formidle resistens i Arabica-planter generelt. At kende eksistensen af ​​disse fælles gener øger i høj grad sandsynligheden for, at disse genetiske sekvenser faktisk kan forsvare sig mod bladrust og kunne give forædlere mulighed for at vælge dem, når de dyrker nye kaffevarianter.

Gennem deres analyse postulerede forskerne også, at Arabica stammede fra en tilfældig begivenhed for 350.000 til 610.000 år siden, da Robusta- og C. eugenioides-planterne blev naturligt krydsbestøvet for at skabe de første Arabica-planter i naturen.

Denne datering kommer mellem tidligere skøn, hvor en tidligere sætter den tilfældige begivenhed til så sent som for 20.000 år siden, mens andre skubber den så langt tilbage som for en million år siden. Forskerne sagde, at uoverensstemmelsen i tidligere tal kunne skyldes historiske ændringer i populationsstørrelser i de vilde og dyrkede planter, såvel som de forskellige kilder og den begrænsede mængde data, der anvendes.

Ved at sammenligne de højkvalitets genomiske sekvenser af Arabica med dem af Robusta og C. eugenioides, fandt forskerholdet, at de tre arter stadig er meget ens genetisk. Dette tyder på, at forædlere til fremtidige forædlingsprogrammer for at sikre, at Arabica-planter har sygdomsresistens, kan overveje at bruge andre relaterede kaffearter, såsom Robusta og C. eugenioides.

At bruge Arabica-planter alene til at avle for resistensegenskaben er problematisk, fordi undersøgelsen viste, at selv de vilde sorter af Arabica, ikke kun de dyrkede, har meget lav genetisk diversitet, hvilket gør det sværere at avle for sygdomsresistens.

"Den lave genetiske diversitet af både dyrkede og vilde moderne Arabica-planter er en hindring for dens forædling ved hjælp af planternes vilde sorter. Men tætte ligheder fundet mellem Arabica-, Robusta- og C. eugenioides-planter vil sandsynligvis lette introduktionen af ​​interessante træk fra de to sidstnævnte til Arabica," sagde Asst Prof Salojarvi.

De meget detaljerede genomiske sekvenser kortlagt for alle tre kaffeplanter betyder også, at andre nyttige egenskaber kan identificeres i fremtiden, såsom modstandsdygtighed over for tørke, bedre afgrødeudbytte og mere aromatiske kaffebønner.

Disse egenskaber kan identificeres med genetiske markører, som kan bruges til at forudsige kaffekimplanters fremtidige ydeevne, i stedet for at vente i årevis på, at planterne modnes og bærer bær for at finde ud af det.

Da den bladrustresistente hybrid fra Timor ikke producerer kaffe, der er så god som kaffen fra de sædvanlige Arabica-planter, giver de indsamlede genomdata nu et hurtigt spor for forskere til at avle nye sygdomsresistente planter, der stadig bevarer det sublime, glatte og sød smag af Arabica nydes af kaffeelskere verden over.

Flere oplysninger: Jarkko Salojärvi et al., Genomet og populationsgenomikken af ​​allopolyploid Coffea arabica afslører diversificeringshistorien for moderne kaffesorter, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01695-w

De højkvalitets genomer af Arabica, Robusta og C. eugenioides kan findes på dette link:bioinformatics.psb.ugent.be/gdb/coffea_arabica/

Journaloplysninger: Naturgenetik

Leveret af Nanyang Technological University