Американские, французские и итальянские генетики впервые полностью расшифровали геном кофейных деревьев, производящих зерна арабики, наиболее популярной разновидности кофе. Предварительный анализ генома этого кофейного дерева указал на важную роль хромосомных мутаций и обменов в эволюции этого растения, пишут исследователи в статье в научном журнале Nature Communications.
«Анализ генома арабики показывает, что эта вариация кофейного дерева пережила в недавнее время большое число хромосомных аберраций, в том числе удаление, удвоение и обмен хромосомами и их отдельными участками. Эти аномалии являются главным источником вариаций в структуре генома этого вида растений, для которого характерен крайне низкий уровень генетического разнообразия», — пишут исследователи.
Видео дня
К такому выводу пришла группа европейских и американских ученых под руководством профессора Университета Удине Мичеле Морганте в рамках масштабного проекта, посвященного изучению генетической истории эволюции арабики. В прошлом генетики уже пытались расшифровать ДНК этого сорта кофе, однако им не удавалось это полностью сделать из-за сложной структуры генома этого растения, представляющего собой гибрид между двумя другими кофейными деревьями, робустой и Coffea eugenioides.
Исследователи справились с этой проблемой при помощи двух относительно новых методик расшифровки ДНК, нанопорного секвенирования (ONT) и методики Hi-C, позволяющей наносить большое число меток на ДНК в хромосомах и использовать их для реконструкции структуры и трехмерной формы генома. Используя эти подходы, ученым удалось полностью прочитать геном арабики, который состоит из 1,32 миллиардов нуклеотидов, «букв» ДНК, и 22 хромосом.
Последующий анализ структуры этих нитей ДНК подтвердил, что арабика представляет собой гибрид двух других видов кофе, на доли которых приходится примерно по половине генома Coffea arabica и по 27-28 тысяч генов. В дополнение к этому ученые обнаружили, что для арабики характерен относительно низкий уровень генетического разнообразия, а также открыли свидетельства большого числа перестроек в структуре хромосом, которые сопровождались удалениями, удвоениями и обменами разными их участками.
Эти хромосомные мутации, по словам ученых, сыграли важную роль в формировании разнообразия текущих сортов арабики, а также в образовании некоторых подвариантов и гибридов Coffea arabica, таких как «Бурбон» и «Тимор». Последующее изучение этих перемен в структуре хромосом, как надеются генетики, помогут биологам понять, как тиморские гибриды арабики приобрели стойкость к большому числу болезней.
О кофе
Существует свыше 120 видов кофейных деревьев, половина которых используется для изготовления различных продуктов питания. При этом лишь три из них — арабика (Coffea arabica), либерика (Coffea liberica) и робуста (Coffea canephora), широко используются в пищевой промышленности для производства кофе, причем на долю арабики и робусты приходится 56% и 43% мирового рынка кофейных зерен. Сейчас ученые активно изучают структуру генома и биологию этих кофейных деревьев, что необходимо для их спасения от вредителей и глобального потепления.
