编辑推荐：
近日，美国、法国等地的研究人员构建了阿拉比卡咖啡的高质量参考基因组，揭开了其跨越数千年和各大洲的血统秘密。
阿拉比卡（Arabica）咖啡是全球最受欢迎的咖啡品种之一。许多咖啡店都会强调，我们使用了阿拉比卡咖啡豆。那么，这种咖啡有何与众不同之处？
近日，美国、法国等地的研究人员构建了阿拉比卡咖啡的高质量参考基因组，揭开了其跨越数千年和各大洲的血统秘密。
这项研究结果于4月15日发表在《Nature Genetics》杂志上，表明阿拉比卡咖啡是60万年前通过另外两个咖啡物种之间的自然杂交而形成的，地点是在埃塞俄比亚的森林中。这种咖啡的种群数量在数千年的地球冷暖交替过程中起起落落，最终种植在埃塞俄比亚和也门，并传播到全球各地。
共同通讯作者、布法罗大学生物科学系的Victor Albert教授表示：“我们利用现存植物的基因组信息来回溯历史，尽可能准确地描绘出阿拉比卡咖啡的悠久历史，并确定现代栽培品种之间的关系。”
不仅是星巴克和Tims等咖啡巨头，许多精品咖啡店都使用阿拉比卡咖啡豆来冲泡咖啡。然而，阿拉比卡咖啡豆容易受到病虫害的影响，只能在世界上病原体威胁较少、气候条件较好的少数地方种植，部分原因在于其遗传多样性低。
为了培育出更好的阿拉比卡咖啡，研究团队利用PacBio HiFi技术和Hi-C技术构建出阿拉比卡咖啡（Coffea arabica）及其二倍体祖先Coffea eugenioides和Coffea canephora的高质量参考基因组。同时，他们还完成了41个野生和栽培种质的全基因组测序，以便深入了解阿拉比卡咖啡的历史和传播路线。
共同通讯作者、雀巢研究公司的基因组学专家Patrick Descombes谈到：“尽管一些有关阿拉比卡咖啡的文献已经发表，但我们团队的工作质量非常高。我们使用了先进的基因组学方法（包括长读长和短读长高通量DNA测序）来创建迄今为止最先进、最完整、最连续的阿拉比卡参考基因组。”
阿拉比卡咖啡的进化
阿拉比卡咖啡是由C. canephora和C. eugenioides咖啡自然杂交而成的，因此它从每个亲本获得了两套染色体。科学家们很难准确判定这种异源多倍化事件发生的时间和地点，他们预计时间大约在1万年至100万年前。
为了找到最初事件的证据，布法罗大学的研究人员及其合作伙伴通过一个计算建模程序运行了不同的阿拉比卡基因组，以寻找物种基础的特征。
模型显示，阿拉比卡咖啡的历史上出现过三次种群瓶颈，其中最久远的一次发生在约61万年前。研究人员称，这表明阿拉比卡咖啡是在此之前的某个时间形成的，大约在61万年到100万年前。
“换句话说，形成阿拉比卡咖啡的杂交事件非人类所为，” Albert谈道。“显然，这种多倍化事件早于现代人类和咖啡种植。”
长期以来，人们一直认为咖啡植物是在埃塞俄比亚发展起来的，但研究小组在东非大裂谷周围收集的品种显示出明显的地理分裂。所研究的野生品种全部来源于西侧，而栽培品种来源于最靠近曼德海峡（分隔非洲和也门）的东侧。
这与咖啡种植可能主要始于也门的证据相吻合，大约在15世纪。据信，1600年左右，印度僧侣Baba Budan将传说中的“七粒种子”从也门走私出去，建立了印度阿拉比卡咖啡栽培品种，为今天咖啡的全球扩张奠定了基础。
气候如何影响阿拉比卡种群
由于对人类起源的研究，东非的地理气候历史有据可循，因此研究人员可以将气候事件与野生和栽培的阿拉比卡咖啡种群如何随时间波动进行对比。
模型显示，在距今2万至10万年前的很长一段时间内，阿拉比卡种群数量较少，这与该地区在4万至7万年前遭受的长期干旱和较冷气候大致吻合。在约1.5万年前的非洲湿润时期，种群数量有所增加，可能是因为当时的生长条件更有利。
大约3万年前，野生品种和人类最终栽培的品种相互分离。
阿拉比卡咖啡面临的威胁
据估计，栽培阿拉比卡咖啡的种群规模仅为1万到5万株个体。遗传多样性低意味着它可能会被病原体彻底摧毁，比如咖啡叶锈病，每年造成10-20亿美元的损失。
参考基因组进一步揭示了阿拉比卡咖啡中的一个品系是如何获得强大的抗病能力的。
提姆（Timor）品种形成于东南亚，是阿拉比卡咖啡和它的亲本之一C. canephora自发杂交而形成。C. canephora又称为罗布斯塔（Robusta），主要用于速溶咖啡，比阿拉比卡咖啡更能抵抗疾病。
“因此，当罗布斯塔在帝汶岛与阿拉比卡杂交时，它带来了一些抗病基因，” Albert说。
随着新的阿拉比卡参考基因组出炉，研究人员能够确定一个新的区域，该区域包含RPP8抗性基因家族成员以及抗性基因的一般调控因子CPR1。他们认为，这揭示了一个新的靶点，有望提高阿拉比卡咖啡的抗病能力。
基因组分析工作还带来了其他新发现，比如哪些野生品种最接近现代栽培的阿拉比卡咖啡。他们还发现，荷兰早期栽培的Typica品种很可能是法国人主要栽培的Bourbon品种的祖先。
生物通微信公众号
生物通 版权所有
