Удалось установить точный возраст Cofféa arábica — вида растений, из которого сегодня делают около 60% кофе в мире. Также ученые расшифровали геном многих сортов, составили «генеалогическое древо» арабики и проанализировали геном ее «родственников». О масштабном исследовании сообщает Университет штата Нью-Йорк в Буффало (США).
О подобном исследовании уже сообщалось в начале года: ученые расшифровали геном и попробовали ответить на вопрос, почему у всех сортов арабики разный вкус, если вид — один?
Авторы новой работы утверждают, что провели еще более полное и точное секвенирование. И опубликованный ими геном можно считать эталонным для этого вида.
«Мы использовали самые современные подходы в области геномики, включая высокопроизводительное секвенирование ДНК с длинным и коротким считыванием, чтобы создать самый передовой, полный и непрерывный эталонный геном арабики на сегодняшний день», — рассказывает один из руководителей исследования, эксперт по геномике из компании Nestlé Research Патрик Декомб.
На основе эталонного ученые разобрали геном еще 39 сортов арабики, в том числе образца XVIII века, который шведский натуралист Карл Линней использовал для названия вида.
Точный возраст
«Мы использовали геномную информацию о живых сегодня растениях, чтобы вернуться в прошлое и нарисовать максимально точную картину долгой истории арабики, а также определить, как современные культивируемые сорта связаны друг с другом», — рассказывает профессор университета Виктор Альберт.
То есть, кроме расшифровки генома, ученые проделали большую аналитическую работу.
Ранее предполагалось, что арабика образовалась при естественном скрещивании видов Coffea canephora и Coffea eugenioides, получив по два набора хромосом от каждого родителя. Но не получалось точно определить, когда и где произошло это событие: оценки варьировались от 10 000 до 1 млн лет назад.
Компьютерное моделирование, в котором авторы нового исследования учли геномы разных сортов, позволило выявить три ключевых момента, каждый из которых мог привести к появлению нового вида. Самый ранний их них произошел около 29 000 поколений — или 610 000 лет — назад.
Установлено и место появления гибрида. Все культивируемые сейчас сорта произошли из региона около Баб-эль-Мандебского пролива, который отделяет Африку от Аравийского полуострова.
«Это согласуется с информацией о том, что выращивание кофе, возможно, началось в Йемене примерно в XV веке. Считается, что индийский монах Баба Будан контрабандой вывез из Йемена легендарные «семь семян» около 1600 года, создав сорта индийской арабики и заложив основу для глобального распространения кофе по миру», — отмечают в университете.
При этом ученые подчеркивают, что особенность кофе как сельскохозяйственного растения в том, что сорта не принято скрещивать. Наоборот, поддерживается их чистота. А значит, имеющиеся сейчас разновидности кофе сформировались достаточно давно и, вероятно, происходят от йеменской арабики.
Спасти арабику
Сейчас эффективная численность выращиваемой арабики составляет от 10 000 до 50 000 кустов. При этом каждый год производители несут убытки на 1-2 миллиардов долларов из-за таких заболеваний как кофейная ржавчина, которые теоретически могут полностью уничтожить весь вид. Другую опасность представляет изменение климата, из-за которого выращивание кофе осложнено уже сейчас.
Арабика так восприимчива к многим вредителям и болезням, в частности, из-за низкого генетического разнообразия, обусловленного историей использования вида и небольшой численностью современной популяции. Cofféa arábica сегодня можно выращивать только в нескольких районах мира, где угроза патогенов ниже, а климатические условия наиболее благоприятны.
«Детальное понимание происхождения и истории селекции современных сортов имеет решающее значение для разработки новых сортов арабики, лучше адаптированных к изменению климата», — поясняет профессор Альберт.
В частности, расшифрованный геном, подробно разобранная история эволюции и выявление родственных сортов позволили проследить, как популяция арабики реагировала на глобальные изменения климата за последние 100 000 лет.
Геоклиматическая история Восточной Африки известна благодаря исследованиям происхождения человека. И сокращение популяции Cofféa arábica примерно совпадает с продолжительной засухой и понижением температур 40–70 000 лет назад. Затем вид стал более многочисленным благодаря тому, что около 6–15 000 лет назад в регионе установился более влажный период и условия для него стали более благоприятными.
Кроме того, удалось выяснить, что около 30 000 лет назад отделились друг от друга дикие сорта и разновидности, которые в итоге стали выращивать люди. Хотя еще долгое время они могли скрещиваться между собой, примерно до 8000–9000 лет назад.
Получилось вычислить сорт, который в результате всех этих перипетий оказался устойчив к болезням, поражающих другие разновидности арабики. Это сорт Тимор из Юго-Восточной Азии, который представляет собой спонтанный гибрид арабики и одного из ее родителей. Этот родителей — разновидность Coffea canephora, известная как робуста и устойчивая к патогенам, опасным для арабики.
Подробный анализ Тимора и робусты позволил выявить «сильные места» генома и понять, в каком направлении селекционеры должны двигаться, чтобы добиться устойчивой к болезням арабики.