La clave para cultivar cafetos que puedan resistir mejor el cambio climático en las próximas décadas puede estar en el pasado antiguo.

Investigadores codirigidos por la Universidad de Buffalo han creado lo que dicen es el genoma de referencia de mayor calidad hasta la fecha de la especie de café más popular del mundo, el Arábica, desenterrando secretos sobre su linaje que abarca milenios y continentes.

Sus hallazgos, publicados hoy en Genética de la naturalezasugerir que café arábica Se desarrolló hace más de 600.000 años en los bosques de Etiopía mediante el apareamiento natural entre otras dos especies de café. El estudio encontró que la población de Arábica aumentó y disminuyó durante los períodos de calentamiento y enfriamiento de la Tierra durante miles de años, antes de ser cultivado en Etiopía y Yemen, y luego extendido por todo el mundo.

«Hemos utilizado información genómica de plantas vivas hoy en día para retroceder en el tiempo y pintar la imagen más precisa posible de la larga historia del Arábica, así como para determinar cómo se relacionan entre sí las variedades cultivadas modernas», dice el coautor correspondiente del estudio. , Victor Albert, PhD, profesor de Innovación Empire en el Departamento de Ciencias Biológicas de la UB, dentro de la Facultad de Artes y Ciencias.

Los gigantes del café como Starbucks y Tim Hortons utilizan exclusivamente granos de plantas de Arábica para preparar los millones de tazas de café que sirven todos los días; sin embargo, en parte debido a una baja diversidad genética derivada de una historia de endogamia y un tamaño de población pequeño, el Arábica es susceptible a muchas plagas y enfermedades y sólo puede cultivarse en unos pocos lugares del mundo donde las amenazas de patógenos son menores y las condiciones climáticas son más favorables.

«Una comprensión detallada de los orígenes y la historia del mejoramiento de las variedades contemporáneas es crucial para desarrollar nuevos cultivares de Arábica mejor adaptados al cambio climático», dice Albert.

A partir de su nuevo genoma de referencia, logrado utilizando tecnología de secuenciación de ADN de vanguardia y ciencia de datos avanzada, el equipo pudo secuenciar 39 variedades de Arábica e incluso un espécimen del siglo XVIII utilizado por el naturalista sueco Carl Linnaeus para nombrar la especie.

El genoma de referencia ahora está disponible en una base de datos digital disponible públicamente.

«Aunque existen otras referencias públicas sobre el café Arábica, la calidad del trabajo de nuestro equipo es extremadamente alta», afirma uno de los codirectores del estudio, Patrick Descombes, experto senior en genómica de Nestlé Research. «Utilizamos enfoques genómicos de última generación, incluida la secuenciación de ADN de alto rendimiento de lectura larga y corta, para crear el genoma de referencia de Arábica más avanzado, completo y continuo hasta la fecha».

El café favorito de la humanidad evolucionó sin la ayuda de la gente

El Arábica es la fuente de aproximadamente el 60% del total de productos de café del mundo, y sus semillas ayudan a millones de personas a comenzar el día o a quedarse despiertos hasta tarde. Sin embargo, el cruce inicial que lo creó se realizó sin ninguna intervención humana.

Arábica se formó como una hibridación natural entre Coffea canephora y Coffea eugenioides, tras lo cual recibió dos juegos de cromosomas de cada padre. Los científicos han tenido dificultades para determinar exactamente cuándo y dónde tuvo lugar este evento de alopoliploidización, con estimaciones que van desde hace 10.000 a 1 millón de años.

Para encontrar evidencia del evento original, los investigadores de la UB y sus socios ejecutaron sus diversos genomas de Arábica a través de un programa de modelado computacional para buscar firmas de la base de la especie.

Los modelos muestran tres cuellos de botella en la población durante la historia del Arábica, y el más antiguo ocurrió hace unas 29.000 generaciones (o 610.000 años). Esto sugiere que el Arábica se formó en algún momento antes, hace entre 610.000 y 1 millón de años, dicen los investigadores.

«En otras palabras, el cruce que creó el Arábica no fue algo que hicieron los humanos», dice Albert. «Está bastante claro que este evento de poliploidía es anterior a los humanos modernos y al cultivo del café».

Durante mucho tiempo se pensó que las plantas de café se desarrollaron en Etiopía, pero las variedades que el equipo recolectó alrededor del Gran Valle del Rift, que se extiende desde el sudeste de África hasta Asia, mostraban una clara división geográfica. Todas las variedades silvestres estudiadas se originaron en el lado occidental, mientras que todas las variedades cultivadas se originaron en el lado oriental, más cercano al estrecho de Bab al-Mandab que separa África y Yemen.

Esto coincidiría con la evidencia de que el cultivo del café pudo haber comenzado principalmente en Yemen, alrededor del siglo XV. Se cree que el monje indio Baba Budan sacó de contrabando las legendarias «siete semillas» de Yemen alrededor de 1600, estableciendo cultivares de Arábica indio y preparando el escenario para el alcance global del café en la actualidad.

«Parece que la diversidad del café yemení puede ser la fundadora de todas las principales variedades actuales», dice Descombes. «El café no es un cultivo que haya sido fuertemente cruzado, como el maíz o el trigo, para crear nuevas variedades. La gente principalmente elegía una variedad que les gustaba y luego la cultivaban. Así que las variedades que tenemos hoy probablemente existen desde hace mucho tiempo. «

Cómo el clima afectó a la población de Arábica

La historia geoclimática de África Oriental está bien documentada gracias a la investigación sobre los orígenes humanos, por lo que los investigadores pudieron contrastar los eventos climáticos con la forma en que las poblaciones de Arábica silvestres y cultivadas fluctuaron a lo largo del tiempo.

Los modelos muestran un largo período de bajo tamaño de población hace entre 20 y 100.000 años, que coincide aproximadamente con una sequía prolongada y un clima más frío que se cree que azotó la región hace entre 40 y 70.000 años. Luego, la población aumentó durante el período húmedo africano, hace entre 6.000 y 15.000 años, cuando las condiciones de crecimiento probablemente eran más beneficiosas.

Durante este mismo tiempo, hace unos 30.000 años, las variedades silvestres y las variedades que eventualmente serían cultivadas por los humanos se separaron entre sí.

«Todavía se reproducían ocasionalmente entre sí, pero probablemente cesaron hacia el final del período húmedo africano y la ampliación del estrecho debido al aumento del nivel del mar hace unos 8.000 a 9.000 años», dice Jarkko Salojärvi, profesor asistente de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur y otro coautor correspondiente del trabajo.

La baja diversidad genética amenaza al Arábica

Se estima que el Arábica cultivado tiene un tamaño poblacional efectivo de sólo 10.000 a 50.000 individuos. Su baja diversidad genética significa que podría ser completamente diezmado, como el monocultivo de plátano Cavendish, por patógenos, como la roya del café, que causa entre 1.000 y 2.000 millones de dólares en pérdidas al año.

El genoma de referencia pudo arrojar más luz sobre cómo una línea de variedades de Arábica obtuvo una fuerte resistencia a la enfermedad.

La variedad Timor se formó en el sudeste asiático como un híbrido espontáneo entre Arábica y uno de sus padres, Coffea canephora. También conocida como Robusta y utilizada principalmente para el café instantáneo, esta especie es más resistente a las enfermedades que el Arábica..

«Por lo tanto, cuando Robusta se hibridó nuevamente con Arábica en Timor, trajo consigo algunos de sus genes de defensa contra patógenos», dice Albert, quien también codirigió la secuenciación del genoma de Robusta en 2014. El trabajo actual de Albert y sus colaboradores también presenta una versión muy mejorada del genoma de Robusta, así como una nueva secuencia de otras especies progenitoras de Arábica, Coffea eugenioides.

Si bien los criadores han intentado replicar este cruce para estimular la defensa contra patógenos, el nuevo genoma de referencia del Arábica permitió a los investigadores identificar una nueva región que alberga miembros de la RPP8 familia de genes de resistencia, así como un regulador general de genes de resistencia, RCP1.

«Estos resultados sugieren un nuevo lugar objetivo para mejorar potencialmente la resistencia a patógenos en Arábica», afirma Salojärvi.

El genoma también proporcionó otros nuevos hallazgos, como qué variedades silvestres son las más cercanas al café Arábica cultivado moderno. También descubrieron que la variedad Typica, un cultivar holandés temprano originario de la India o Sri Lanka, es probablemente el padre de la variedad Bourbon, cultivada principalmente por los franceses.

«Nuestro trabajo no ha sido diferente a la reconstrucción del árbol genealógico de una familia muy importante», dice Albert.

Nestlé Research financió la mayor parte de la investigación. El gran equipo internacional estuvo codirigido por Albert, cuyo trabajo contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y contribuciones de muchas otras organizaciones. Otros contribuyentes de la UB incluyen a Trevor Krabbenhoft, PhD, y Zhen Wang, PhD, ambos profesores asistentes de ciencias biológicas; el estudiante de doctorado Steven Fleck; Graduado de doctorado Minakshi Mukherjee; y el ex científico investigador Tianying Lan, todos del Departamento de Ciencias Biológicas.



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