Pesquisadores da Universidade de Buffalo criaram o que consideram ser o genoma de referência da mais alta qualidade até hoje da espécie de café mais popular do mundo, o Arábica.
Universidade de Búfalo investigadores descodificaram o genoma do café Arábica, traçando as suas origens há mais de 600.000 anos e delineando os seus desafios genéticos e adaptações climáticas. Esta pesquisa fornece informações sobre o cultivo de variedades de Arábica mais resistentes.
A chave para o cultivo de cafeeiros que possam resistir melhor às alterações climáticas nas próximas décadas pode estar no passado remoto.
Pesquisadores co-liderados pela Universidade de Buffalo criaram o que consideram ser o genoma de referência da mais alta qualidade até hoje do café mais popular do mundo. espécies Arábica, descobrindo segredos sobre sua linhagem que abrangem milênios e continentes.
Suas descobertas, publicadas em 15 de abril em Genética da Natureza sugira que Café arábica desenvolveu há mais de 600.000 anos nas florestas da Etiópia através do cruzamento natural entre duas outras espécies de café. A população do Arábica aumentou e diminuiu ao longo dos períodos de aquecimento e arrefecimento da Terra ao longo de milhares de anos, concluiu o estudo, antes de ser eventualmente cultivada na Etiópia e no Iémen, e depois espalhada por todo o globo.
“Usamos informações genômicas de plantas vivas hoje para voltar no tempo e traçar o quadro mais preciso possível da longa história do Arábica, bem como determinar como as variedades cultivadas modernas estão relacionadas entre si”, diz o coautor correspondente do estudo. , Victor Albert, PhD, Professor Empire Innovation no Departamento de Ciências Biológicas da UB, na Faculdade de Artes e Ciências.
O domínio global do Arábica e os desafios genéticos
Gigantes do café como Starbucks e Tim Hortons usam exclusivamente grãos de plantas Arábica para preparar os milhões de xícaras de café que servem todos os dias, mas, em parte devido à baixa diversidade genética decorrente de um histórico de endogamia e pequeno tamanho populacional, o Arábica é suscetível a muitas pragas e doenças e só pode ser cultivada em alguns locais do mundo onde as ameaças de agentes patogénicos são menores e as condições climáticas são mais favoráveis.
“Uma compreensão detalhada das origens e do histórico de cultivo das variedades contemporâneas é crucial para o desenvolvimento de novos cultivares de Arábica mais bem adaptados às mudanças climáticas”, diz Albert.
A partir de seu novo genoma de referência, realizado usando tecnologias de ponta ADN Com tecnologia de sequenciamento e ciência de dados avançada, a equipe conseguiu sequenciar 39 variedades de Arábica e até mesmo um espécime do século 18 usado pelo naturalista sueco Carl Linnaeus para nomear a espécie.
O genoma de referência está agora disponível em um banco de dados digital publicamente disponível.
“Embora existam outras referências públicas para o café Arábica, a qualidade do trabalho da nossa equipe é extremamente alta”, afirma um dos colíderes do estudo, Patrick Descombes, especialista sênior em genômica da Nestlé Research. “Usamos abordagens genômicas de última geração – incluindo sequenciamento de DNA de alto rendimento, de leitura longa e curta – para criar o genoma de referência do Arábica mais avançado, completo e contínuo até o momento.”
O café favorito da humanidade evoluiu sem a ajuda das pessoas
O Arábica é a fonte de aproximadamente 60% do total de produtos de café do mundo, e suas sementes ajudam milhões de pessoas a começar o dia ou a ficar acordadas até tarde. No entanto, o cruzamento inicial que o criou foi feito sem qualquer intervenção humana.
Arábica formou-se como uma hibridização natural entre Café canéfora e Café eugenioides , após o que recebeu dois conjuntos de cromossomos de cada pai. Os cientistas tiveram dificuldade em identificar exactamente quando – e onde – este evento de alopoliploidização ocorreu, com estimativas que variam entre 10.000 e 1 milhão de anos atrás.
Para encontrar evidências do evento original, os investigadores da UB e os seus parceiros analisaram os seus vários genomas de Arábica através de um programa de modelação computacional para procurar assinaturas da fundação da espécie.
Os modelos mostram três estrangulamentos populacionais durante a história do Arábica, sendo que o mais antigo ocorreu há cerca de 29 mil gerações – ou 610 mil anos. Isto sugere que o Arábica se formou algum tempo antes disso, entre 610 mil e 1 milhão de anos atrás, dizem os pesquisadores.
“Em outras palavras, o cruzamento que deu origem ao Arábica não foi algo que os humanos fizeram”, diz Albert. “Está bastante claro que este evento de poliploidia é anterior aos humanos modernos e ao cultivo do café.”
Há muito que se pensa que as plantas de café se desenvolveram na Etiópia, mas as variedades que a equipa coletou em torno do Grande Vale do Rift, que se estende do Sudeste de África até à Ásia, apresentavam uma clara divisão geográfica. As variedades selvagens estudadas são todas originárias do lado ocidental, enquanto as variedades cultivadas são todas originárias do lado oriental, mais próximo do estreito de Bab al-Mandab, que separa a África do Iémen.
Isto estaria de acordo com as evidências de que o cultivo do café pode ter começado principalmente no Iémen, por volta do século XV. Acredita-se que o monge indiano Baba Budan tenha contrabandeado as lendárias “sete sementes” do Iémen por volta de 1600, estabelecendo cultivares de Arábica indiano e preparando o terreno para o alcance global do café hoje.
“Parece que a diversidade do café iemenita pode ser a fundadora de todas as principais variedades atuais”, diz Descombes. “O café não é uma cultura que tenha sido fortemente cruzada, como o milho ou o trigo, para criar novas variedades. As pessoas escolhiam principalmente uma variedade de que gostavam e depois a cultivavam. Portanto, as variedades que temos hoje provavelmente já existem há muito tempo.”
Como o clima impactou a população do Arábica
A história geoclimática da África Oriental está bem documentada devido à investigação sobre as origens humanas, pelo que os investigadores puderam comparar os acontecimentos climáticos com a forma como as populações de Arábicas selvagens e cultivados flutuaram ao longo do tempo.
A modelização mostra um longo período de baixo tamanho populacional entre 20-100.000 anos atrás, o que coincide aproximadamente com uma seca prolongada e um clima mais frio que se acredita ter atingido a região entre 40-70.000 anos atrás. A população aumentou então durante o período húmido africano, há cerca de 6-15.000 anos, quando as condições de crescimento eram provavelmente mais benéficas.
Durante este mesmo período, há cerca de 30.000 anos, as variedades selvagens e as variedades que eventualmente seriam cultivadas pelos humanos separaram-se umas das outras.
“Eles ainda procriaram ocasionalmente, mas provavelmente pararam perto do final do período úmido africano e do alargamento do estreito devido ao aumento do nível do mar há cerca de 8.000 a 9.000 anos”, diz Jarkko Salojärvi, professor assistente da Universidade Tecnológica de Nanyang em Singapura e outro co-autor correspondente do trabalho.
Baixa diversidade genética ameaça o Arábica
Estima-se que o Arábica cultivado tenha uma população efetiva de apenas 10.000 a 50.000 indivíduos. A sua baixa diversidade genética significa que poderá ser completamente dizimada, tal como a monocultura da banana Cavendish, por agentes patogénicos, como a ferrugem da folha do café, que causa perdas anuais entre 1 e 2 mil milhões de dólares.
O genoma de referência conseguiu esclarecer melhor como uma linhagem de variedades de Arábica obteve forte resistência à doença.
A variedade Timor formou-se no Sudeste Asiático como um híbrido espontâneo entre o Arábica e um dos seus progenitores, Café canéfora . Também conhecida como Robusta e usada principalmente para café solúvel, esta espécie é mais resistente a doenças que o Arábica.
“Assim, quando o Robusta se hibridizou novamente com Arábica em Timor, trouxe consigo alguns dos seus genes de defesa contra agentes patogénicos”, diz Albert, que também co-liderou sequenciamento do genoma do Robusta em 2014 . O trabalho atual de Albert e colaboradores também apresenta uma versão altamente melhorada do genoma do Robusta bem como uma nova sequência de outras espécies progenitoras do Arábica Café eugenioides
Embora os criadores tenham tentado replicar esse cruzamento para aumentar a defesa contra patógenos, o novo genoma de referência do Arábica permitiu que os atuais pesquisadores identificassem uma nova região que abrigasse membros do gênero Arábica. RPP8 família de genes de resistência, bem como um regulador geral de genes de resistência, RCP1
“Esses resultados sugerem um novo local-alvo para potencialmente melhorar a resistência a patógenos no Arábica”, diz Salojärvi.
O genoma também forneceu outras novas descobertas, como quais variedades silvestres estão mais próximas do café Arábica cultivado moderno. Eles também descobriram que a variedade Typica, uma antiga cultivar holandesa originária da Índia ou do Sri Lanka, é provavelmente a mãe da variedade Bourbon, cultivada principalmente pelos franceses.
“Nosso trabalho não foi diferente de reconstruir a árvore genealógica de uma família muito importante”, diz Albert.
Referência: “O genoma e a genômica populacional de alopoliplóides Café arábica revelam a história de diversificação dos cultivares de café modernos” por Jarkko Salojärvi, Aditi Rambani, Zhe Yu, Romain Guyot, Susan Strickler, Maud Lepelley, Cui Wang, Sitaram Rajaraman, Pasi Rastas, Chunfang Zheng, Daniella Santos Munoz, João Meidanis, Alexandre Rossi Paschoal , Yves Bawin, Trevor J. Krabbenhoft, Zhen Qin Wang, Steven J. Fleck, Rudy Aussel, Laurence Bellanger, Aline Charpagne, Coralie Fournier, Mohamed Kassam, Gregory Lefebvre, Sylviane Metairon, Deborah Moine, Michel Rigoreau, Jens Stolte, Perla Hamon , Emmanuel Couturon, Christine Tranchant-Dubreuil, Minakshi Mukherjee, Tianying Lan, Jan Engelhardt, Peter Stadler, Samara Mireza Lemos Strap, Suzana Ivamoto Suzuki, Ucu Sumirat, Ching Man Wai, Nicolas Dauchot, Simon Orozco-Arias, Andrea Garavito, Catherine There existem muitas maneiras de obter os melhores resultados com seus resultados de pesquisa, mas o mais importante é encontrar o caminho certo para você , Alan Andrade, Douglas Domingues, Giovanni Giuliano, Lukas Mueller, Luiz Felipe Pereira, Stephane Plaisance, Valerie Poncet, Stephane Rombauts, David Sankoff, Victor A. Albert, Dominique Crouzillat, Alexandre de Kochko e Patrick Descombes, 15 de abril, Genética da Natureza
DOI: 10.1038/s41588-024-01695-w
A Nestlé Research financiou a maior parte da pesquisa. A grande equipe internacional foi co-liderada por Albert, cujo trabalho foi apoiado pela National Science Foundation e por contribuições de muitas outras organizações. Outros colaboradores da UB incluem Trevor Krabbenhoft, PhD, e Zhen Wang, PhD, ambos professores assistentes de ciências biológicas; O estudante de doutorado Steven Fleck; Doutorado Minakshi Mukherjee; e o ex-cientista pesquisador Tianying Lan – todos do Departamento de Ciências Biológicas.
Geovany Ferreira
Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.
Crédito: Universidade de Buffalo