Arabika kafa je ekonomski najvažnija kafa na globalnom nivou i čini 60% proizvoda od kafe širom sveta. Ali biljke iz kojih potiče ranjive su na bolest koja je 1800-ih godina uništila carstvo kafe Šri Lanke.
Sada je međunarodni tim istraživača na čelu sa Tehnološkim univerzitetom Naniang u Singapuru (NTU Singapore) napravio proboj koji pomaže u zaštiti biljaka Arabice (Coffea arabica) od gljivične bolesti, zvane rđa kafenog lista.
Drugi ko-voditelji studije, objavljene u Nature Genetics, bazirani su na najvećoj svetskoj kompaniji za hranu i piće Nestle, Universite de Montpellier u Francuskoj i Univerzitetu u Buffalu u Sjedinjenim Državama.
Naučnici su mapirali, veoma detaljno, sav genetski materijal — ili genome — Arabike i dve srodne biljke kafe. Ovo je omogućilo timu da identifikuje novu kombinaciju gena koje dele biljke koje su otporne na rđu lišća kafe. Sa podacima o genomima mogu se identifikovati i druge korisne osobine biljaka kafe.
Otkrivanje gena otpornosti otvara put ka boljoj zaštiti svakodnevnog ukusa ljubitelja kafe i održavanju ukusa visokog kvaliteta njihovog pića, čime se podržava industrija koja zapošljava milione radnika. Prema Međunarodnoj organizaciji za kafu, prihodi 125 miliona ljudi širom sveta zavise od poslovanja sa kafom.
Bolest rđe lišća kafe izazvala je pustoš u zemljama koje proizvode kafu i nastavlja da uništava farme kafe i danas. Agencija Sjedinjenih Država za međunarodni razvoj procenila je da je između 2012. i 2014. godine izbijanje rđe na listovima kafe izazvalo oko milijardu američkih dolara (1,36 milijardi dolara) ekonomske štete u Latinskoj Americi.
Docent Jarkko Salojarvi sa NTU-ove Škole bioloških nauka, koji je zajedno vodio istraživački tim, rekao je: „Visokokvalitetne sekvence genoma tri biljne vrste, zajedno sa genetskim sekvencama kandidata za otpornost na rđu listova kafe, čine kamen temeljac za uzgajanje novih sorti biljaka Arabice koje su prilagodljivije promenama i otpornije na bolesti uzrokovane patogenima poput gljiva.“
Projekat je uključio veliki konzorcijum istraživača i uzgajivača kafe iz Australije, Belgije, Brazila, Kanade, Kine, Kolumbije, Finske, Francuske, Nemačke, Indonezije, Italije, Holandije, Južne Afrike, Španije, Švajcarske, Ugande i Sjedinjenih Država.
Dr Patrick Descombes, viši stručnjak za genomiku u Nestle Research, i jedan od ko-voditelja studije, rekao je: „Iako postoje druge javne reference za Arabicu, kvalitet rada našeg tima je izuzetno visok. Koristili smo stanje- Najsavremeniji pristupi genomici – uključujući sekvenciranje dugog i kratkog čitanja sa velikom propusnošću – da bi se stvorila najnaprednija, potpuna i kontinuirana referenca Arabice do sada.
Biljke arabike imaju nizak genetski diverzitet, što ih čini podložnim štetočinama i bolestima. Kultivisane biljke obično nemaju genetsku osobinu koja daje otpornost na rđu listova kafe, koju izazivaju gljive Hemileia vastatrik.
Gljive formiraju narandžasto-žute mrlje na listovima biljaka kafe, koje na kraju uvenu i opadaju. Gubitak listova umanjuje kvalitet i količinu bobica biljaka koje se beru za kuvanje kafe.
Da bi sprečili potencijalno katastrofalno uništavanje biljaka Arabike širom sveta rđom listova kafe, naučnici su proučavali genomsko poreklo i istoriju uzgoja biljke.
Oni su to uradili tako što su mapirali veoma detaljne genomske sekvence Arabike i dve srodne biljke koje proizvode kafu, Robuste (C. canephora) i C. eugenioides, koje su savremeni preci Arabike.
Ovo je urađeno korišćenjem naprednih tehnika, naime PacBio tehnologije visoke vernosti za sekvencioniranje DNK sa visokom preciznošću i hvatanja konformacije hromozoma velike propusnosti da bi se kreirale detaljne 3D mape interakcije različitih segmenata DNK. Podaci za genome su javno dostupni.
Analiza naučnika je sugerisala da je otpornost na rđu listova kafe u Arabici možda izgubljena kada su biljke Arabike postale široko kultivisane, jer su sve kultivisane biljke kafe arabike izvedene iz istog materijala sa vrlo malo genetske varijabilnosti.
Međutim, 1927. godine na ostrvu Timor je pronađen hibrid Arabike i Robuste otporan na bolest. Nažalost, otpornost dolazi sa kompromisom jer hibrid ne proizvodi kafu koja ima tako dobar ukus kao ona iz drugih biljaka Arabike.
Bez alternative, potomci timorske hibridne biljke i dalje čine osnovu svih varijanti otpornih na rđu listova kafe.
Prethodna istraživanja otkrila su neke gene koji potencijalno daju otpornost na rđu lišća u različitim biljkama kafe. Ali bez mape genoma različitih biljaka kafe, bilo je teško precizno identifikovati ove gene i teško je shvatiti da li su pronađeni i u drugim biljkama kafe, što bi povećalo šansu da kodiraju otpornost. Proces identifikacije gena je takođe bio spor.
Međutim, sa novim istraživanjem koje detaljno mapira genome različitih biljaka kafe, identifikacija gena otpornosti biće brža i tačnija.
Koristeći informacije o genomu biljaka, istraživači su analizirali najčešće kultivisane sorte kafe, koje predstavljaju oko 95% svetske proizvodnje kafe, i uporedili ih sa potomcima timorskog hibrida.
Ovo im je omogućilo da pronađu region DNK sekvenci uobičajenih među različitim biljkama kafe otpornim na rđu, sa novom kombinacijom gena zasnovanih na Robusti koji mogu preneti otpornost u biljkama Arabice uopšte. Poznavanje postojanja ovih zajedničkih gena uveliko povećava verovatnoću da se ove genetske sekvence zaista mogu braniti od rđe listova, i mogu omogućiti odgajivačima da ih izaberu kada uzgajaju nove sorte kafe.
Svojom analizom, istraživači su takođe pretpostavili da je Arabica proizašla iz slučajnog događaja pre 350.000 do 610.000 godina kada su biljke Robusta i C. eugenioides prirodno unakrsno oprašene da bi se stvorile prve biljke Arabice u divljini.
Ovo datiranje se nalazi između prethodnih procena, sa ranijom koja slučajni događaj stavlja pre čak 20.000 godina, dok ga drugi potiskuju čak pre milion godina. Istraživači su rekli da neslaganje ranijih podataka može biti posledica istorijskih promena u veličini populacije u divljim i kultivisanim biljkama, kao i različitim izvorima i ograničenom količinom podataka koji se koriste.
Upoređujući visokokvalitetne genomske sekvence Arabike sa onima Robuste i C. eugenioides, istraživački tim je otkrio da su ove tri vrste i dalje genetski veoma slične. Ovo sugeriše da za buduće programe uzgoja kako bi se osiguralo da biljke Arabice imaju otpornost na bolesti, uzgajivači mogu da razmotre korišćenje drugih srodnih vrsta kafe, kao što su Robusta i C. eugenioides.
Korišćenje samo biljaka arabike za razmnožavanje zbog osobine otpornosti je problematično jer je studija pokazala da čak i divlje sorte arabike, a ne samo kultivisane, imaju veoma nisku genetsku raznolikost, što otežava uzgoj za otpornost na bolesti.
„Niska genetska raznolikost i kultivisanih i divljih savremenih biljaka arabike predstavlja prepreku za njeno oplemenjivanje korišćenjem divljih sorti biljaka. Ali bliske sličnosti pronađene između biljaka Arabice, Robuste i C. eugenioides će verovatno olakšati uvođenje zanimljivih osobina iz poslednja dva u Arabicu“, rekao je doc. Salojarvi.
Veoma detaljne genomske sekvence mapirane za sve tri biljke kafe takođe znače da bi se u budućnosti mogle identifikovati druge korisne osobine, kao što su otpornost na sušu, bolji prinos useva i aromatičnija zrna kafe.
Ove osobine se mogu identifikovati pomoću genetskih markera, koji se mogu koristiti za predviđanje budućih performansi sadnica kafe, umesto da se godinama čeka da biljke sazrevaju i daju bobice da saznaju.
Pošto hibrid otporan na rđu sa Timora ne proizvodi kafu koja je tako dobra kao ona od uobičajenih biljaka Arabike, prikupljeni podaci o genomu sada pružaju brz put za istraživače da uzgajaju nove biljke otporne na bolesti koje i dalje zadržavaju uzvišene, glatke i slatki ukus Arabice u kome uživaju ljubitelji kafe širom sveta.
