Los científicos han descubierto genes comunes que protegen a las plantas de café de enfermedades devastadoras.

El café arábica es el café de mayor importancia económica en todo el mundo y representa el 60% de los productos cafetaleros en todo el mundo. Pero las plantas de las que procede son vulnerables a una enfermedad que devastó el imperio cafetalero de Sri Lanka en el siglo XIX.

Ahora, un equipo internacional de investigadores, codirigido por la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), ha logrado un gran avance que ayuda a proteger las plantas de Arábica (Coffea arabica) contra la enfermedad fúngica llamada roya del café.

Los otros codirectores del estudio, publicado en genética de la naturalezaestán ubicados en la empresa de alimentos y bebidas más grande del mundo, Nestlé, la Universidad de Montpellier en Francia y la Universidad de Buffalo en Estados Unidos.

Los científicos mapearon en detalle todo el material genético (o genomas) del Arábica y de dos plantas de café relacionadas. Esto permitió al equipo identificar una nueva combinación de genes comunes a las plantas que son resistentes a la roya del café. Los datos del genoma también se pueden utilizar para identificar otras propiedades útiles de las plantas de café.

Descubrir los genes de resistencia abre el camino para proteger mejor las necesidades diarias de los amantes del café y preservar el sabor de alta calidad de su bebida, apoyando una industria con millones de empleados. Según la Organización Internacional del Café, el sustento de 125 millones de personas en todo el mundo depende del sector cafetalero.

La roya del café ha causado estragos en los países productores de café y continúa destruyendo plantaciones de café. La Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional estima que un brote de roya del café causó alrededor de mil millones de dólares en daños económicos en América Latina entre 2012 y 2014.

El profesor asistente Jarkko Salojarvi de la Facultad de Ciencias Biológicas de la NTU, que codirigió el equipo de investigación, dijo: «Las secuencias genómicas de alta calidad de las tres especies de plantas, junto con las secuencias genéticas candidatas para la resistencia a la roya del café, proporcionan la piedra angular para el mejoramiento de nuevas variedades de plantas de Arábica que sean más capaces de adaptarse a los cambios y más resistentes a las enfermedades causadas por patógenos como los hongos».

En el proyecto participó un gran consorcio de investigadores y mejoradores de café de Australia, Bélgica, Brasil, Canadá, China, Colombia, Finlandia, Francia, Alemania, Indonesia, Italia, Países Bajos, Sudáfrica, España, Suiza, Uganda y Estados Unidos.

Dr. Patrick Descombes, experto senior en genómica de Nestlé Research y uno de los codirectores del estudio, dijo: “Aunque existen otras referencias públicas para el Arábica, la calidad del trabajo de nuestro equipo es extremadamente alta. enfoques genómicos avanzados, incluida la secuenciación de alto rendimiento de lecturas largas y cortas, para crear la referencia de Arábica más avanzada, completa y continua hasta la fecha.

Pobre variabilidad genética.

Las plantas de Arábica tienen una baja diversidad genética, lo que las hace susceptibles a enfermedades y plagas. Las plantas cultivadas generalmente no tienen el rasgo genético que les confiere resistencia a la roya del café causada por el hongo Hemileia vastatrix.

Los hongos forman manchas de color amarillo anaranjado en las hojas de las plantas de café, que eventualmente se marchitan y caen. La pérdida de hojas reduce la calidad y cantidad de las bayas de la planta que se cosechan para la elaboración de café.

Para evitar una destrucción potencialmente desastrosa de las plantas de Arábica en todo el mundo debido a la roya del café, los científicos estudiaron los orígenes genómicos de la planta y su historia de reproducción.

Lo hicieron mapeando las secuencias genómicas altamente detalladas del Arábica y de dos plantas productoras de café relacionadas, Robusta (C. canephora) y C. eugenioides, que son los ancestros modernos del Arábica.

Esto se hizo utilizando técnicas de vanguardia, a saber, la tecnología de alta fidelidad PacBio para secuenciar el ADN con alta precisión y la captura de conformación cromosómica de alto rendimiento para crear mapas 3D detallados de cómo interactúan los diferentes segmentos de ADN. Los datos de los genomas están disponibles públicamente.

El análisis de los científicos sugirió que la resistencia a la roya de la hoja del café en Arábica puede haberse perdido cuando las plantas de Arábica se cultivaron ampliamente, ya que todas las plantas de café Arábica cultivadas provienen del mismo stock con muy poca variabilidad genética.

Sin embargo, en 1927 se encontró en la isla de Timor un híbrido de Arábica y Robusta que era resistente a la enfermedad. Desafortunadamente, la resistencia conlleva una desventaja, ya que el híbrido no produce café con un sabor tan bueno como el de otras plantas de Arábica.

Como no hay alternativas, los descendientes de la planta híbrida de Timor siguen siendo la base de todas las variedades de hojas de café resistentes a la roya.

Investigaciones anteriores han identificado algunos genes que pueden conferir resistencia a la roya de la hoja en varias plantas de café. Pero sin un mapa de los genomas de las diferentes plantas de café, era difícil identificar con precisión estos genes y descubrir si también existen en otras plantas de café, lo que aumentaría las posibilidades de que codificaran resistencia. El proceso de identificación de genes también fue lento.

Sin embargo, ahora que la nueva investigación mapea en detalle los genomas de diferentes plantas de café, la identificación de genes de resistencia será más rápida y precisa.

Utilizando la información del genoma de la planta, los investigadores analizaron las variedades de café cultivadas más comunes, que representan alrededor del 95% de la producción mundial de café, y las compararon con los descendientes del híbrido Timor.

Esto les permitió encontrar una región de secuencias de ADN común a varias plantas de café resistentes a la roya, con una nueva combinación de genes basados ​​en Robusta que podrían conferir resistencia a las plantas de Arábica en general. Conocer la existencia de estos genes compartidos aumenta en gran medida la posibilidad de que estas secuencias genéticas puedan efectivamente defenderse contra la roya de la hoja, y podría permitir a los obtentores seleccionarlas al desarrollar nuevas variedades de café.

A través de su análisis, los investigadores también postularon que el Arábica surgió de un evento casual hace 350.000 a 610.000 años, cuando las plantas Robusta y C. eugenioides se polinizaron naturalmente de forma cruzada para crear las primeras plantas de Arábica en la naturaleza.

Esta datación se encuentra entre estimaciones anteriores, ya que una estimación anterior sitúa el evento coincidente hace 20.000 años, mientras que otras estimaciones se remontan a hace un millón de años. Los investigadores dijeron que la discrepancia entre las cifras anteriores podría deberse a cambios históricos en el tamaño de la población de plantas silvestres y cultivadas, así como a las diferentes fuentes y la cantidad limitada de datos utilizados.

Al comparar las secuencias genómicas de alta calidad de Arábica con las de Robusta y C. eugenioides, el equipo de investigación descubrió que las tres especies siguen siendo muy similares genéticamente. Esto sugiere que en futuros programas de mejoramiento para garantizar que las plantas de Arábica tengan resistencia a las enfermedades, los mejoradores podrían considerar el uso de otras especies de café relacionadas, como Robusta y C. eugenioides.

Usar sólo plantas de Arábica para mejorar el rasgo de resistencia es problemático porque el estudio encontró que incluso las variedades silvestres de Arábica, y no sólo las cultivadas, tienen una diversidad genética muy baja, lo que hace más difícil mejorar la resistencia a las enfermedades.

“La baja diversidad genética de las plantas de Arábica modernas, tanto cultivadas como silvestres, plantea un obstáculo para su reproducción utilizando variedades silvestres de las plantas. Pero las estrechas similitudes entre las plantas Arábica, Robusta y C. eugenioides probablemente faciliten la introducción de propiedades vegetales interesantes. los dos últimos en Arábica”, dijo el profesor asistente Salojarvi.

Las secuencias genómicas altamente detalladas mapeadas para las tres plantas de café también significan que en el futuro se podrán identificar otros rasgos útiles, como la resistencia a la sequía, un mejor rendimiento de los cultivos y granos de café más aromáticos.

Estos rasgos pueden identificarse con marcadores genéticos, que pueden usarse para predecir el desempeño futuro de las plántulas de café, en lugar de esperar años a que las plantas maduren y produzcan bayas para descubrirlo.

Debido a que el híbrido de Timor resistente a la roya no produce café tan bueno como el de las plantas Arábica habituales, los datos del genoma recopilados ahora proporcionan una ruta rápida para que los investigadores generen nuevas plantas resistentes a las enfermedades que aún conserven el sabor sublime, suave y dulce. sabor del Arábica, disfrutado por los amantes del café en todo el mundo.