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2024年1月23日
所有阿拉比卡咖啡的基因都是相似的:咖啡豆的味道怎么会如此不同？
测序工作发现，味道的变化主要是染色体水平变化的结果。
比安卡·诺格拉迪 农学家手中树上成熟的阿巴里卡咖啡豆樱桃细节图。
灌木上生长的小粒咖啡樱桃。鸣谢:Pramote Polyamate/Getty
即使单一产地的哥伦比亚咖啡豆与来自埃塞俄比亚的咖啡豆采用相同的烘焙和研磨方式，咖啡鉴赏家也能分辨出其中的差异。但一项研究发现，世界各地咖啡品种的风味和其他特征的差异并不是因为个体基因的差异。相反，它们似乎主要是染色体大规模交换、删除和重排的结果。
迄今为止最完整的阿拉比卡咖啡基因组测序显示，不同品种的DNA链上的“字母”仅略有不同。“如果你观察单核苷酸变异，其水平比任何其他物种低10至100倍，”意大利乌迪内大学的植物遗传学家、该研究的作者米歇尔·摩根特说。
摩根特和他的团队使用了下一代测序技术，该技术可以不间断地读取长达数十万个碱基对的DNA链，并且比早期技术更准确。研究结果发表在今天的《自然通讯》1上。
“有了这些技术，组装基因组变得容易多了，你也可以组装以前无法到达的区域，”摩根特说。
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咖啡的基因构成不是一个微不足道的问题；2022-23年种植和销售了1000万吨这种作物。我们喝的咖啡来自两个品种:中杯咖啡和阿拉比卡咖啡。在许多情况下，这两种咖啡豆混合在一起酿造。但是单一品种的豆子也会被烘烤和出售。总体而言，阿拉比卡咖啡豆约占所有售出咖啡的56%。
活生物体的大多数遗传变异来自与其他物种的杂交。然而，这对于阿拉比卡咖啡来说是一个相对罕见的事件，因为它的每条染色体都有两个以上的副本——这种现象被称为多倍体。咖啡每条染色体有两个拷贝，但阿拉比卡咖啡有多个拷贝。这使得阿拉比卡咖啡更难与其他物种杂交。
因此，阿拉比卡咖啡单核苷酸变异的主要来源是突变，突变随着时间的推移以稳定的速度发生。然而，这个物种也相对年轻，是在过去5万年内由罗布斯塔咖啡和咖啡（另一种未被广泛种植的咖啡物种）杂交而成的。
“从那种基本上没有变异的单一植物中，你创造了整个物种，然后你所拥有的变异只是自那次事件以来发生的新突变，”摩根特说。
加州大学戴维斯分校加州大学戴维斯分校咖啡中心的名誉遗传学家胡安·梅德拉诺说，尽管如此，阿拉比卡咖啡树的物理特性仍有很大差异，包括咖啡豆的不同风味和抗病性差异。“我们总是在谈论DNA水平的低变异性，但在结构水平、染色体水平、缺失水平……和插入水平上存在变异性，”梅德拉诺说。
该研究发现了显著染色体重排的证据，尤其是在一种名为波旁咖啡的阿拉比卡咖啡品种中。有缺失，即染色体片段缺失——在某些情况下是大块缺失——甚至有完整染色体缺失的情况。“在一些品种中，你要么只有三个（染色体）副本——比如说两个canephora，一个eugenioides——在另一个品种中，你有五个副本——两个eugenioides，三个canephora，”Morgante说。宝贵的资源
亚的斯亚贝巴大学生物技术研究所的植物遗传学家Kassahun Tesfaye说，除了揭示C. arabica的表型变异外，测序的基因组对咖啡育种者来说也是一个宝贵的资源，特别是在疾病和气候变化对咖啡的长期可持续性构成挑战的情况下。
“对基因组进行适当的深入了解将基本上有助于我们了解这种作物是如何进化的，也有助于我们了解咖啡与其父母的基因组是一致的，”特斯法耶说。
特斯法耶说，这项工作还将为咖啡育种计划——甚至可能为基因改造——提供信息，以选择有利的特征，例如对一种叫做咖啡锈病的真菌的抗性或低咖啡因水平。现在的挑战是将对基因组的理解转化为咖啡育种者的实际成果。
“我们需要为育种者（主要是发展中国家的育种者）配备工具包，以培育低咖啡因品种、特定疾病（抗性）品种和高生产力品种，”特斯法耶说。
https:///10.1038/d41586-024-00165-x
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