咖啡是世界上最大的商品作物之一，人們每天消費(fèi)超過22.5億杯。預(yù)計(jì)到2050年，氣候變化將使適合種植咖啡的面積減少多達(dá)50%。溫度和降雨模式的差異已使作物更容易受到病蟲害的影響。

但加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的研究人員邁出了重要一步，可能導(dǎo)致適應(yīng)氣候變化的新型抗病品種的開發(fā)。

2017年，加州大學(xué)戴維斯分校的遺傳學(xué)家對(duì)Coffea arabica基因組進(jìn)行了測(cè)序，并首次向公眾發(fā)布。小咖啡(Coffea arabica)是全球咖啡產(chǎn)量的70%。

為順序提供的資金由位于東京的國(guó)際食品和飲料公司三得利集團(tuán)提供。

新的基因組序列已發(fā)布到Phytozome.net，這是由美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所協(xié)調(diào)的比較植物基因組學(xué)的公共數(shù)據(jù)庫。它可供世界各地的科學(xué)家和植物育種者使用。

阿拉比卡咖啡基因組的測(cè)序?qū)τ诩永Ｄ醽喬貏e有意義，其中咖啡植物在美國(guó)大陸首次商業(yè)化種植，并且正在出現(xiàn)特種咖啡產(chǎn)業(yè)。

“這種新的阿拉比卡咖啡基因組序列包含了開發(fā)高品質(zhì)抗病咖啡品種的關(guān)鍵信息，這些咖啡品種能夠適應(yīng)未來30年威脅全球咖啡生產(chǎn)的氣候變化，”遺傳學(xué)家胡安梅德拉諾說。在加州大學(xué)戴維斯分校農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院和測(cè)序工作的共同研究員。

他說：“我們希望C. arabica序列最終將使每個(gè)參與咖啡的人受益 - 他們的生計(jì)受到咖啡葉銹病等破壞性疾病的威脅，咖啡加工商和世界各地的消費(fèi)者。”

測(cè)序是通過Medrano和加州大學(xué)戴維斯分校植物科學(xué)家Allen Van Deynze和Dario Cantu的合作進(jìn)行的。

友好的挑戰(zhàn)導(dǎo)致C.阿拉伯咖啡的測(cè)序

幾年前，中美洲的同事敦促麥德拉諾出生并在咖啡生產(chǎn)的危地馬拉長(zhǎng)大，考慮引進(jìn)基因組技術(shù)來改善阿拉比卡咖啡。

2014年，其他地方的研究人員對(duì)Coffea canephora的基因組進(jìn)行了測(cè)序 - 通常稱為羅布斯塔咖啡，用于制作咖啡混合物和速溶咖啡。然而，對(duì)于更高價(jià)值和更具遺傳性的阿拉比卡咖啡，沒有可公開獲得的基因組序列。

梅德拉諾對(duì)阿拉比卡草(C. arabica)序列的挑戰(zhàn)很感興趣，但作為動(dòng)物遺傳學(xué)家，在牲畜基因組學(xué)方面經(jīng)驗(yàn)豐富，而非作物。

他沒有被嚇倒，他很快就利用加州大學(xué)戴維斯分校種子生物技術(shù)中心研究主任，加州大學(xué)戴維斯分校植物育種中心副主任，以及加州大學(xué)戴維斯分校葡萄栽培系植物遺傳學(xué)家，分子育種家Van Deynze的專業(yè)知識(shí)。釀酒。

測(cè)序與加州咖啡種植的誕生相交叉

巧合的是，加州大學(xué)戴維斯分校的研究團(tuán)隊(duì)向農(nóng)民Jay Ruskey介紹，他在加州大學(xué)合作推廣農(nóng)場(chǎng)顧問Mark Gaskell的幫助下，在Santa的北部Good Land Organics農(nóng)場(chǎng)種植了美國(guó)大陸的第一批商業(yè)咖啡工廠。芭芭拉。

咖啡是一種熱帶作物，傳統(tǒng)上生長(zhǎng)在世界各地的地理帶，在赤道以北或南部不超過25度。但在Ruskey的中央海岸農(nóng)場(chǎng)，咖啡樹在北緯約19度的任何其他商業(yè)咖啡種植園生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)咖啡豆。

Ruskey還在從圣路易斯奧比斯波南部延伸至圣地亞哥的其他20個(gè)農(nóng)場(chǎng)種植了咖啡樹，推出了他認(rèn)為將成為加利福尼亞州新的特色咖啡產(chǎn)業(yè)。

加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員與Ruskey合作，收集了來自Good Land Organics生長(zhǎng)的23種藝妓咖啡樹的不同組織和發(fā)育階段的遺傳物質(zhì) - DNA和RNA樣本。藝妓以其獨(dú)特的芳香品質(zhì)而聞名，是一種高價(jià)值的阿拉比卡咖啡品種，起源于埃塞俄比亞西部的山區(qū)。

來自其中一種樹木的植物材料-UCG-17藝伎 - 用于開發(fā)阿拉伯樹膠基因組序列。

Coffea arabica的復(fù)雜基因組

C.arabica是來自兩種其他植物物種的雜交雜交：C.canephora(羅布斯塔咖啡)和密切相關(guān)的C.eugenioides。由于該混合雜交，C.arabica的復(fù)雜基因組具有四組染色體 - 不像許多其他植物和人類，其僅具有兩個(gè)染色體組。

遺傳秘密在藝伎品種中揭示

利用加利福尼亞州門洛帕克太平洋生物科學(xué)公司開發(fā)的測(cè)序技術(shù)，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員估計(jì)，UCG-17 Geisha的基因組由11.9億個(gè)堿基組成 - 約為人類基因組的三分之一。

該研究結(jié)合了加利福尼亞州圣克魯斯市Dovetail Genomics公司基因組測(cè)序和基因組裝配的最新技術(shù)，揭示了估計(jì)有70,830個(gè)預(yù)測(cè)基因。

展望未來，研究人員將專注于識(shí)別與咖啡質(zhì)量相關(guān)的基因和分子途徑，希望這些能夠更好地理解藝妓咖啡的風(fēng)味特征。

他們對(duì)來自22種其他藝妓咖啡樹的樣本進(jìn)行了測(cè)序，以獲得該品種內(nèi)以及其他13種阿拉比卡咖啡品種的遺傳變異的一瞥，這對(duì)于開發(fā)能抵抗疾病和應(yīng)對(duì)其他環(huán)境脅迫的植物也很重要。

基因組測(cè)序?qū)θ蚬I(yè)至關(guān)重要

日本領(lǐng)先的特種咖啡公司Mi Cafeto Co. Ltd.總裁兼首席執(zhí)行官Jose Kawashima強(qiáng)調(diào)了全球各級(jí)咖啡生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)的重要性。

“在咖啡行業(yè)工作了40多年，并參觀了世界各地的咖啡農(nóng)場(chǎng)，由于社會(huì)問題日益惡化和氣候變化的影響，我從未目睹過許多優(yōu)質(zhì)的阿拉比卡咖啡農(nóng)場(chǎng)受到脅迫，”川島說。沒有直接參與基因組測(cè)序工作。

“因此，迫切需要利用這一科學(xué)發(fā)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)層面的實(shí)際改進(jìn)，以維持咖啡行業(yè)的未來，”川島說。“如果可以在咖啡生產(chǎn)者層面實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性，那么消費(fèi)國(guó)的咖啡愛好者可以繼續(xù)享用優(yōu)質(zhì)咖啡。”

三得利集團(tuán)通過位于日本京都的三得利全球創(chuàng)新中心有限公司為測(cè)序項(xiàng)目提供資金。

對(duì)于三得利集團(tuán)來說特別感興趣的是阿拉伯樹膠卷煙序列，其眾多品牌包括在日本上市的咖啡飲料。

三得利全球創(chuàng)新中心有限公司高級(jí)總經(jīng)理Yoshikazu Tanaka說：“我們預(yù)計(jì)，通過C. arabica測(cè)序鑒定的基因的功能分析將導(dǎo)致開發(fā)出具有增強(qiáng)的風(fēng)味和香氣特征的新型抗病咖啡品種。”

“三得利集團(tuán)將繼續(xù)其研發(fā)工作，以確定用于制造具有更高附加值的咖啡飲料的配方和原料，重點(diǎn)是安全性，安全性和良好品味，”田中說。