Il caffè Arabica è il caffè economicamente più importante a livello globale e rappresenta il 60% dei prodotti a base di caffè in tutto il mondo. Ma le piante da cui proviene sono vulnerabili a una malattia che, nel 1800, devastò l'impero del caffè dello Sri Lanka.
Ora, un team internazionale di ricercatori co-guidato dalla Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) ha fatto una svolta che aiuta a proteggere le piante di Arabica (Coffea arabica) dalla malattia fungina chiamata ruggine delle foglie del caffè.
Gli altri co-responsabili dello studio, pubblicato su Nature Genetics , hanno sede presso Nestlé, la più grande azienda alimentare e bevande al mondo, presso l'Università di Montpellier in Francia e l'Università di Buffalo negli Stati Uniti.
Gli scienziati hanno mappato, in grande dettaglio, tutto il materiale genetico – o genomi – dell’Arabica e di due piante di caffè correlate. Ciò ha permesso al team di identificare una nuova combinazione di geni condivisi dalle piante resistenti alla ruggine delle foglie del caffè. Con i dati sui genomi si possono identificare anche altri tratti utili nelle piante di caffè.
La scoperta dei geni della resistenza apre la strada per proteggere meglio la dose quotidiana degli amanti del caffè e mantenere il gusto di alta qualità della loro bevanda, sostenendo così un settore che impiega milioni di lavoratori. Secondo l'Organizzazione internazionale del caffè, il sostentamento di 125 milioni di persone in tutto il mondo dipende dal business del caffè.
La malattia della ruggine delle foglie del caffè ha devastato le nazioni produttrici di caffè e continua a spazzare via le piantagioni di caffè anche oggi. L'Agenzia degli Stati Uniti per lo sviluppo internazionale ha stimato che tra il 2012 e il 2014 un'epidemia di ruggine delle foglie del caffè ha causato danni economici per circa 1 miliardo di dollari (1,36 miliardi di dollari di Singapore) in America Latina.
Il professore assistente Jarkko Salojarvi della Scuola di scienze biologiche della NTU, che ha co-guidato il gruppo di ricerca, ha dichiarato:"Le sequenze genomiche di alta qualità delle tre specie di piante, insieme alle sequenze genetiche candidate per la resistenza alla ruggine delle foglie di caffè, costituiscono la pietra angolare per coltivando nuove varietà di piante di Arabica che sono più adattabili ai cambiamenti e più resistenti alle malattie causate da agenti patogeni come i funghi."
Il progetto ha coinvolto un ampio consorzio di ricercatori e coltivatori di caffè provenienti da Australia, Belgio, Brasile, Canada, Cina, Colombia, Finlandia, Francia, Germania, Indonesia, Italia, Paesi Bassi, Sud Africa, Spagna, Svizzera, Uganda e Stati Uniti.
Il dottor Patrick Descombes, esperto senior in genomica presso Nestlé Research e uno dei co-responsabili dello studio, ha affermato:"Sebbene esistano altri riferimenti pubblici per l'Arabica, la qualità del lavoro del nostro team è estremamente elevata. Abbiamo utilizzato metodi all'avanguardia approcci genomici all'avanguardia, incluso il sequenziamento ad alto rendimento per letture lunghe e brevi, per creare il riferimento Arabica più avanzato, completo e continuo fino ad oggi."
Le piante di Arabica hanno una bassa diversità genetica, che le rende suscettibili a parassiti e malattie. Le piante coltivate in genere non hanno il tratto genetico che conferisce resistenza alla ruggine delle foglie del caffè, causata dal fungo Hemileia vastatrix.
I funghi formano macchie giallo-arancio sulle foglie delle piante di caffè, che col tempo appassiscono e cadono. La perdita delle foglie riduce la qualità e la quantità delle bacche delle piante raccolte per la preparazione del caffè.
Per prevenire una distruzione potenzialmente disastrosa delle piante di Arabica in tutto il mondo a causa della ruggine delle foglie del caffè, gli scienziati hanno studiato le origini genomiche e la storia della riproduzione della pianta.
Lo hanno fatto mappando le sequenze genomiche altamente dettagliate dell'Arabica e di due piante produttrici di caffè correlate, la Robusta (C. canephora) e C. eugenioides, che sono i moderni antenati dell'Arabica.
Ciò è stato fatto utilizzando tecniche avanzate, vale a dire la tecnologia ad alta fedeltà PacBio per sequenziare il DNA con elevata precisione e l'acquisizione della conformazione cromosomica ad alto rendimento per creare mappe 3D dettagliate di come interagiscono i diversi segmenti di DNA. I dati per i genomi sono disponibili al pubblico.
L'analisi degli scienziati ha suggerito che la resistenza alla ruggine delle foglie di caffè nell'Arabica potrebbe essere andata persa quando le piante di Arabica sono diventate ampiamente coltivate, poiché tutte le piante di caffè Arabica coltivate derivano dallo stesso ceppo con pochissima variabilità genetica.
Tuttavia, nel 1927, sull'isola di Timor fu trovato un ibrido di Arabica e Robusta resistente alla malattia. Sfortunatamente, la resistenza comporta un compromesso poiché l'ibrido non produce un caffè dal sapore buono come quello di altre piante di Arabica.
Senza alternative, i discendenti della pianta ibrida di Timor costituiscono ancora la base di tutte le varianti resistenti alla ruggine delle foglie di caffè.
Precedenti ricerche avevano scoperto alcuni geni che potenzialmente conferivano resistenza alla ruggine fogliare in diverse piante di caffè. Ma senza una mappa del genoma delle varie piante di caffè, era difficile identificare con precisione questi geni e capire se fossero stati trovati anche in altre piante di caffè, il che avrebbe aumentato la possibilità che codificassero per la resistenza. Anche il processo di identificazione dei geni è stato lento.
Tuttavia, con la nuova ricerca che mappa in modo molto dettagliato i genomi di diverse piante di caffè, l'identificazione dei geni di resistenza sarà più rapida e precisa.
Utilizzando le informazioni sul genoma delle piante, i ricercatori hanno analizzato le varietà di caffè coltivate più comuni, che rappresentano circa il 95% della produzione mondiale di caffè, e le hanno confrontate con i discendenti dell'ibrido di Timor.
Ciò ha permesso loro di trovare una regione di sequenze di DNA comune tra diverse piante di caffè resistenti alla ruggine fogliare, con una nuova combinazione di geni a base di Robusta che potrebbero trasmettere resistenza nelle piante di Arabica in generale. Conoscere l'esistenza di questi geni condivisi aumenta notevolmente la probabilità che queste sequenze genetiche possano effettivamente difendersi dalla ruggine fogliare e potrebbe consentire ai coltivatori di selezionarle quando coltivano nuove varietà di caffè.
Attraverso la loro analisi, i ricercatori hanno anche ipotizzato che l'Arabica derivi da un evento casuale avvenuto tra 350.000 e 610.000 anni fa, quando le piante Robusta e C. eugenioides furono impollinate naturalmente in modo incrociato per creare le prime piante di Arabica in natura.
Questa datazione si colloca tra le stime precedenti, con una precedente che colloca l'evento casuale fino a 20.000 anni fa, mentre altre lo spingono indietro fino a un milione di anni fa. I ricercatori hanno affermato che la discrepanza rispetto ai dati precedenti potrebbe essere dovuta a cambiamenti storici nelle dimensioni delle popolazioni di piante selvatiche e coltivate, nonché alle diverse fonti e alla quantità limitata di dati utilizzati.
Confrontando le sequenze genomiche di alta qualità dell'Arabica con quelle della Robusta e del C. eugenioides, il gruppo di ricerca ha scoperto che le tre specie sono ancora molto simili dal punto di vista genetico. Ciò suggerisce che per i futuri programmi di selezione volti a garantire che le piante di Arabica abbiano resistenza alle malattie, i coltivatori possono prendere in considerazione l'utilizzo di altre specie di caffè correlate, come Robusta e C. eugenioides.
Usare solo piante di Arabica per la selezione del tratto di resistenza è problematico perché lo studio ha scoperto che anche le varietà selvatiche di Arabica, non solo quelle coltivate, hanno una diversità genetica molto bassa, il che rende più difficile la selezione per la resistenza alle malattie.
"La bassa diversità genetica delle piante di Arabica moderna, sia coltivate che selvatiche, è un ostacolo per la sua selezione utilizzando le varietà selvatiche delle piante. Ma le strette somiglianze trovate tra le piante di Arabica, Robusta e C. eugenioides probabilmente faciliteranno l'introduzione di tratti interessanti da gli ultimi due in Arabica," ha detto il Prof. Asst Salojarvi.
Le sequenze genomiche altamente dettagliate mappate per tutte e tre le piante di caffè significano anche che altri tratti utili potrebbero essere identificati in futuro, come la resistenza alla siccità, una migliore resa del raccolto e chicchi di caffè più aromatici.
Questi tratti possono essere identificati con marcatori genetici, che possono essere utilizzati per prevedere le prestazioni future delle piantine di caffè, invece di aspettare anni affinché le piante maturino e producano bacche per scoprirlo.
Poiché l’ibrido fogliare resistente alla ruggine di Timor non produce un caffè buono quanto quello delle solite piante di Arabica, i dati sul genoma raccolti ora forniscono ai ricercatori una corsia preferenziale per allevare nuove piante resistenti alle malattie che conservano ancora il sublime, liscio e il dolce gusto dell'Arabica apprezzato dagli amanti del caffè di tutto il mondo.
Ulteriori informazioni: Jarkko Salojärvi et al, Il genoma e la genomica della popolazione della Coffea arabica allopoliploide rivelano la storia della diversificazione delle moderne cultivar di caffè, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01695-w
I genomi di alta qualità di Arabica, Robusta e C. eugenioides possono essere trovati a questo link:bioinformatics.psb.ugent.be/gdb/coffea_arabica/
Informazioni sul giornale: Genetica della natura
Fornito da Nanyang Technological University
