Первая общедоступная последовательность генома Coffea arabica, вида, ответственного за более чем 70 процентов мирового производства кофе, была опубликована сегодня исследователями из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Финансирование секвенирования было предоставлено группой Suntory, международной компанией по производству продуктов питания и напитков, базирующейся в Токио.
Теперь доступная для немедленного использования учеными и селекционерами по всему миру, новая последовательность генома была размещена в Phytozome.net, общедоступной базе данных для сравнительной геномики растений, координируемой Объединенным институтом генома Министерства энергетики США.
Подробности последовательности будут представлены 15 января на конференции по геномам растений и животных в Сан-Диего.
Секвенирование генома C. arabica имеет особое значение для Калифорнии, где кофейные растения впервые выращиваются в коммерческих целях в континентальной части Соединенных Штатов и зарождается индустрия спешиалти кофе.
«Эта новая последовательность генома Coffea arabica содержит информацию, имеющую решающее значение для разработки высококачественных, устойчивых к болезням сортов кофе, которые могут адаптироваться к климатическим изменениям, которые, как ожидается, будут угрожать мировому производству кофе в следующие 30 лет», - говорится в сообщении. Хуан Медрано, генетик из Колледжа сельскохозяйственных наук и наук об окружающей среде Калифорнийского университета в Дэвисе и соавтор усилий по секвенированию.
«Мы надеемся, что последовательность C. arabica в конечном итоге принесет пользу всем, кто связан с кофе - от фермеров, чьи средства к существованию находятся под угрозой из-за разрушительных болезней, таких как ржавчина кофейных листьев, до производителей кофе и потребителей во всем мире», - сказал он..
Секвенирование было проведено в сотрудничестве между Медрано, учеными-растителями Алленом Ван Дейнзе и Дарио Канту, а также научным сотрудником с докторской степенью Амандой Халс-Кемп из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Дружеский вызов приводит к секвенированию C. arabica:
Несколько лет назад Медрано, родившийся и выросший в Гватемале, производящей кофе, по настоянию коллег из Центральной Америки рассмотрел возможность внедрения геномных технологий для улучшения C. arabica.
В 2014 году исследователи секвенировали геном Coffea canephora, широко известного как кофе робуста и используемого для приготовления кофейных смесей и растворимого кофе. Однако общедоступной последовательности генома ценной и более генетически сложной C. arabica не существует.
Медрано был заинтригован задачей секвенирования C. arabica, но как генетик животных имел опыт в геномике домашнего скота, а не сельскохозяйственных культур.
Не испугавшись, он быстро воспользовался опытом молекулярного селекционера Ван Дейнзе, директора по исследованиям Центра биотехнологии семян Калифорнийского университета в Дэвисе и заместителя директора Центра селекции растений Калифорнийского университета в Дэвисе, а также Канту, генетика растений из Калифорнийского университета. Департамент виноградарства и энологии Дэвиса.
Секвенирование пересекается с рождением выращивания кофе в Калифорнии:
По совпадению, исследовательская группа Калифорнийского университета в Дэвисе познакомилась с фермером Джеем Раски, который с помощью консультанта по расширению кооперативных ферм Калифорнийского университета Марка Гаскелла выращивал первые коммерческие растения кофе в континентальной части Соединенных Штатов в своем Good Land. Органическая ферма к северу от Санта-Барбары.
Кофе - это тропическая культура, традиционно выращиваемая по всему миру в географическом поясе, простирающемся не более чем на 25 градусов к северу или югу от экватора. Но на ферме Раски на Центральном побережье кофейные деревья производят высококачественные кофейные зерна на широте примерно в 19 градусов к северу от любых других коммерческих кофейных плантаций.
Раски также посадил кофейные деревья примерно на 20 других фермах, простирающихся от Сан-Луис-Обиспо на юг до Сан-Диего, запустив то, что, по его мнению, станет новой индустрией спешиалти-кофе в Калифорнии.
Работая с Раски, исследователи Калифорнийского университета в Дэвисе собрали генетический материал - образцы ДНК и РНК - из различных тканей и стадий развития 23 кофейных деревьев гейши, растущих в Good Land Organics. Гейша, известная своими уникальными ароматическими качествами, представляет собой ценный сорт C. arabica, выведенный в горах западной Эфиопии.
Растительный материал одного из деревьев - UCG-17 Geisha - был использован для разработки последовательности генома C. arabica.
Сложный геном кофе арабика:
С. arabica представляет собой гибрид, полученный из двух других видов растений: C. canephora (кофе робуста) и близкородственного C. eugenioides. В результате этого гибридного скрещивания сложный геном C. arabica имеет четыре набора хромосом - в отличие от многих других растений и людей, у которых всего два набора хромосом.
Генетические секреты, раскрытые в гейшах:
Используя технологию секвенирования, разработанную Pacific Biosciences из Менло-Парка, Калифорния, исследователи Калифорнийского университета в Дэвисе подсчитали, что геном гейши UCG-17 состоит из 1,19 миллиарда пар оснований, что составляет примерно одну треть генома человека.
В исследовании использовалась комбинация новейших технологий для секвенирования генома и сборки генома от компании «Ласточкин хвост геномики» из Санта-Крус, Калифорния, которая выявила примерно 70 830 предсказанных генов.
В будущем исследователи сосредоточатся на выявлении генов и молекулярных путей, связанных с качеством кофе, в надежде, что это поможет лучше понять вкусовые характеристики кофе гейши.
Они секвенировали образцы 22 других кофейных деревьев гейши, чтобы получить представление о генетической изменчивости этого сорта и среди 13 других сортов C. arabica, что также будет важно для выведения растений, устойчивых к болезням и справляющихся с другие стрессы окружающей среды.
Секвенирование генома имеет решающее значение для мировой индустрии:
Хосе Кавасима, президент и главный исполнительный директор Mi Cafeto Co. Ltd. в Токио, ведущей компании по производству спешелти кофе в Японии, подчеркнул важность открытия для всех уровней мирового производства кофе.
Проработав в кофейной индустрии более 40 лет и посетив кофейные фермы по всему миру, я никогда не был свидетелем того, как так много ферм по производству качественного кофе C. arabica находятся под давлением из-за ухудшения социальных проблем и последствий изменения климата, - сказал Кавасима, не принимавший непосредственного участия в расшифровке генома.
«Поэтому крайне важно, чтобы это научное открытие было использовано для практических улучшений на уровне ферм, чтобы обеспечить будущее кофейной индустрии», - сказал Кавасима. «Если устойчивость может быть достигнута на уровне производителя кофе, то любители кофе в странах-потребителях смогут продолжать наслаждаться качественным кофе».
Усилия по секвенированию, финансируемые Suntory:
Финансирование проекта секвенирования было предоставлено группой Suntory через ее Глобальный инновационный центр Suntory Limited, расположенный в Киото, Япония.
Секвенирование C. arabica представляло особый интерес для группы Suntory, многие бренды которой включают кофейные напитки, продаваемые в Японии.
«Мы ожидаем, что функциональный анализ генов, выявленных в результате секвенирования C. arabica, приведет к созданию новых, устойчивых к болезням сортов кофе с улучшенными вкусовыми и ароматическими характеристиками», - сказал Йошикадзу Танака, старший генеральный менеджер Suntory. Глобальный инновационный центр с ограниченной ответственностью.
«Группа Suntory продолжит свои исследования и разработки для определения формул и сырья для создания кофейных напитков с более высокой добавленной стоимостью, уделяя особое внимание безопасности, надежности и хорошему вкусу», - сказал Танака.