NTU與國際研究機構協作，在《Nature Genetics》發表一項新研究，為防護阿拉比卡咖啡免受真菌危害提供研究意義與價值。
▲第一作者：Jarkko Salojarvi（南洋理工大學生物科學學院） 通訊作者：Jarkko Salojarvi、Victor A. Albert、Dominique Crouzillat、Alexandre de Kochko、Patrick Descombes DOI ：10.1038/s41588-024-01695-w 阿拉比卡咖啡（Coffea arabica，也稱小果咖啡）是全球經濟層面上最重要的咖啡品種，占全球咖啡產品的60%。然而，這種咖啡的來源植物容易受到一種病害的侵襲，這種病害在19世紀曾嚴重破壞斯里蘭卡的咖啡帝國。
阿拉比卡咖啡樹
來源：ntu
現在，由NTU 和其他國際研究機構共同領導的一個國際研究團隊在Nature Genetics雜誌上發表了一項研究，該研究為防護阿拉比卡咖啡植物免受一種名為咖啡葉鏽病的真菌病害提供了幫助。
研究團隊詳細繪製了阿拉比卡咖啡及其兩種相關咖啡植物的所有基因材料——基因組。這使團隊能夠識別出一組新的基因組合，這些基因在抵抗咖啡葉鏽病的植物中是共有的。有了這些基因組數據，也可以識別咖啡植物中的其他有用特性。
研究團隊的共同負責人，NTU生物科學學院的副教授Jarkko Salojarvi表示：「這三種植物物種的高質量基因組序列，加上候選的抗咖啡葉鏽病基因序列，為培育更適應變化且對真菌等病原體引起的疾病有更高抗性的新阿拉比卡品種提供了基石。」
NTU生物科學學院的助理教授 Jarkko Salojarvi
來源：ntu
該項目涉及來自澳大利亞、比利時、巴西、加拿大、中國、哥倫比亞、芬蘭、法國、德國、印尼、義大利、荷蘭、南非、西班牙、瑞士、烏干達和美國的大型研究者和咖啡育種者聯盟。
雀巢研究中心的高級基因組學專家Patrick Descombes博士，也是該研究的共同領導之一，他說：「雖然其他關於阿拉比卡的公共參考資料確實存在，但我們團隊的工作質量極高。我們採用了包括長短讀取高通量測序在內的最先進基因組學方法，創建了迄今為止最先進、最完整、最連續的阿拉比卡參考。」
為了防止咖啡葉鏽病可能對全球阿拉比卡植物造成的災難性毀滅，科學家們研究了植物的基因組起源和育種歷史。
阿拉比卡咖啡的種群歷史
a ，重新測序的野生阿拉比卡種質的地理起源（紅色占位符）。b，subCC（左）和subEE（右）的阿拉比卡種質的祖先群體分配。c ， a左下部分的放大圖，顯示subCC（頂部）和subEE（底部）中每個材料的混合值；顏色對應於b中的分析。d，使用SMC++推斷的野生和栽培種質的種群規模表明，遺傳瓶頸在~350和1 ka（僅限於非混合野生個體）。e，FastSimcoal2 輸出，表明種群分裂約 30.5 ka，隨後是種群之間的遷移期，直到約 8.9 ka。f，使用 Orientagraph 進行的定向基因流分析提出了兩個假設。
來源：Nature Genetics
他們通過使用高精度的PacBio技術對阿拉比卡及其兩種相關咖啡生產植物，Robusta（C. canephora）和C. eugenioides，進行了詳細的基因組序列映射。這些植物是阿拉比卡的現代祖先。同時，使用高通量染色體構象捕獲技術創建了不同DNA片段如何相互作用的詳細3D圖。
C. arabica及其祖先物種C. canephora和C. eugenioides的同線、分級和基因丟失模式
a，CA 亞基因組 subCC（橙色）和 subEE（藍色）之間以及與 CC（橙色）和 CE（藍色）基因組之間對應的同線性塊。b，在 subCC-subEE 比較中，同線性基因間 DNA 中的鹼基對由分段引起的間隙，與同源未分段區域中的鹼基對數量相比，作為刪除的連續基因數量的函數。c，沿 subCC 2 號染色體繪製的同線性塊中的基因保留率；subCC 以橙色繪製，subEE 以藍色繪製。綠色框表示著絲粒周圍區域。
來源：Nature Genetics
通過分析植物的基因組信息，研究人員分析了代表全球咖啡生產約95%的最常見栽培咖啡品種，並將其與帝汶雜交的後代進行了比較。
這使他們發現了一個DNA序列區域，在不同的抗葉鏽病咖啡植物中是共有的，具有一種新的Robusta基因組合，這可能在普遍的阿拉比卡植物中傳達抗性。知道這些共有基因的存在極大地增加了這些基因序列確實可以抵禦葉鏽病的可能性，並且可能允許育種者在培育新的咖啡品種時選擇它們。
C. canephora基因滲入H.ivastatrix抗性C. arabica譜系
a，不同帝汶雜交衍生物的滲入df統計估計。b，subCC 4號染色體上共享的漸滲基因組區域包含一組 R 基因 ( RPP8 )、一組 R 負調節基因 ( CPR1 ) 同源物和一組葉鏽病抗性 10 激酶同源物 ( LRK10L )（底部）。
來源：Nature Genetics
通過比較阿拉比卡與Robusta和C. eugenioides的高質量基因組序列，研究團隊發現這三個物種在遺傳上仍然非常相似。這表明，為了確保阿拉比卡植物具有疾病抗性的未來育種計劃，育種者可以考慮使用其他相關的咖啡物種，如Robusta和C. eugenioides。
Jarkko Salojarvi助理教授表示：「無論是栽培的還是現代的野生阿拉比卡植物，低遺傳多樣性都是利用其野生品種進行育種的障礙。但是在阿拉比卡、Robusta和C. eugenioides植物之間發現的密切相似性可能有助於將後兩者的有趣特性引入阿拉比卡。」
根據 subCC 中的 SNP 推斷的阿拉比卡種質的親緣關係估計
縮略圖顯示每個目標個體的 FDR 校正 F3 基因滲入測試。
來源：Nature Genetics
由於來自帝汶的抗葉銹雜交品種生產的咖啡並不像通常的阿拉比卡植物那樣好，現在編制的基因組數據為研究人員提供了一條快速途徑，可以培育新的抗病植物，同時仍保留阿拉比卡所享受的細膩、光滑和甜美的味道。
咖啡傳播路線
黃色：當前阿拉比卡咖啡種植情況；黑色：當前種植的C. canephora；黑色/黃色陰影：當前栽培，兩個物種。中東上空的實線：咖啡消費的早期傳播；虛線：波本威士忌的主要路線；虛線：Typica 主要路線；衣索比亞和帝汶島為紅色。
來源：Nature Genetics
參考文獻
Paper titled 「The genome and population genomics of allopolyploid Coffea arabica reveal the diversification history of modern coffee cultivars」, published in Nature Genetics, 15 April 2024.
