El café es uno de los mayores cultivos de productos básicos en el mundo, con personas que consumen más de 2.25 mil millones de tazas al día. Se predice que el cambio climático disminuirá el área adecuada para cultivar café hasta en un 50% para 2050. Las diferencias en los patrones de temperatura y precipitación ya están haciendo que el cultivo sea más susceptible a enfermedades y plagas.
Pero los investigadores de la Universidad de California, Davis, han dado un paso importante que podría conducir al desarrollo de nuevas variedades resistentes a las enfermedades adaptables al cambio climático.
En 2017, los genetistas de UC Davis secuenciaron el genoma de café arábica y lo lanzaron al público por primera vez. El café arábica (Coffea arabica) es una especie responsable del 70% de la producción mundial de café.
La financiación para la secuencia fue proporcionada por Suntory group, una compañía internacional de alimentos y bebidas con sede en Tokio.
La nueva secuencia del genoma se ha publicado en Phytozome.net, la base de datos pública para la genómica de plantas comparativa coordinada por el Instituto del genoma común del Departamento de Energía de EE. UU. Está disponible para su uso por científicos y mejoradores de plantas de todo el mundo.
La secuenciación del genoma de C. arabica es particularmente significativa para California, donde las plantas de café se cultivan comercialmente por primera vez en los Estados Unidos continentales y está surgiendo una industria de café especial.
«Esta nueva secuencia del genoma para Coffea arabica contiene información crucial para el desarrollo de variedades de café de alta calidad resistentes a las enfermedades que pueden adaptarse a los cambios climáticos que amenazan la producción mundial de café en los próximos 30 años», dijo Juan Medrano, genetista. en la Facultad de Ciencias Agrícolas y Ambientales de UC Davis y co-investigador en el esfuerzo de secuenciación.
«Esperamos que la secuencia de C. arabica beneficie eventualmente a todos los involucrados con el café, desde los cultivadores de café, cuyos medios de vida están amenazados por enfermedades devastadoras como la roya del café, hasta procesadores de café y consumidores en todo el mundo», dijo.
La secuenciación se realizó a través de una colaboración entre Medrano y los científicos de plantas de UC Davis, Allen Van Deynze y Dario Cantu.
El desafío amigable que llevó a la secuenciación de C. arabica
Hace algunos años, Juan Medrano (nacido y criado en la zona productora de café de Guatemala) fue presionado por colegas de Centroamérica para considerar la introducción de tecnologías genómicas para mejorar C. arabica.
En 2014, los investigadores de otros lugares secuenciaron el genoma de Coffea canephora, comúnmente conocido como café robusta, y se usa para hacer mezclas de café y café instantáneo. Sin embargo, no ha habido una secuencia de genoma públicamente accesible para el C. arabica de mayor valor y más genéticamente complejo.
Medrano estaba intrigado con el desafío de secuenciar C. arabica, pero como genetista animal tenía experiencia en la genómica del ganado, no de los cultivos.
Sin inmutarse, rápidamente aprovechó la experiencia del mejorador molecular Van Deynze, director de investigación en el Centro de Biotecnología de Semillas de UC Davis y director asociado del Centro de Mejoramiento de Plantas de UC Davis, así como Cantu, un genetista de plantas en el Departamento de Viticultura y Enología de UC Davis.
La secuenciación se intersecta con el nacimiento del cultivo de café de California
Casualmente, el equipo de investigación de UC Davis fue presentado al agricultor Jay Ruskey, quien con la ayuda del asesor agrícola de Extensión Cooperativa de la Universidad de California, Mark Gaskell, estaba cultivando las primeras plantas comerciales de café en los Estados Unidos continentales en su granja Good Land Organics al norte de Santa Bárbara.
El café es un cultivo tropical, cultivado tradicionalmente en todo el mundo en un cinturón geográfico que se extiende no más de 25 grados al norte o al sur del ecuador. Pero en la granja de Ruskey en la costa central, los cafetales producen granos de café de alta calidad a una latitud de unos 19 grados al norte de cualquier otra plantación de café comercial.
Ruskey también ha plantado cafetales en unas 20 granjas que se extienden desde San Luis Obispo hacia el sur hasta San Diego, lanzando lo que cree que se convertirá en una nueva industria de café especial para California.
Trabajando con Ruskey, los investigadores de UC Davis recolectaron material genético (muestras de ADN y ARN) de diferentes tejidos y etapas de desarrollo de 23 cafetales Geisha que crecen en Good Land Organics. Geisha, conocida por sus cualidades aromáticas únicas, es una variedad de C. arabica de gran valor que se originó en las montañas del oeste de Etiopía.
El material vegetal de uno de los árboles, UCG-17 Geisha, se usó para desarrollar la secuencia del genoma de C. arabica.
Genoma complejo de Coffea arabica
C. arabica es una cruza híbrida derivada de otras dos especies de plantas: C. canephora (café robusta) y la estrechamente relacionada C. eugenioides. Como resultado de ese cruce híbrido, el complejo genoma de C. arabica tiene cuatro conjuntos de cromosomas, a diferencia de muchas otras plantas y humanos, que tienen solo dos conjuntos de cromosomas.
Secretos genéticos revelados en la variedad Geisha
Utilizando la tecnología de secuenciamiento desarrollada por Pacific Biosciences de Menlo Park, California, los investigadores de UC Davis estimaron que UCG-17 Geisha tiene un genoma compuesto por 1.19 billones de pares de bases, aproximadamente un tercio del genoma humano.
El estudio utilizó una combinación de las últimas tecnologías para la secuenciación del genoma y el ensamblaje del genoma de Dovetail Genomics de Santa Cruz, California, revelando un estimado de 70,830 genes predichos.
En el futuro, los investigadores se centrarán en la identificación de genes y vías moleculares asociadas con la calidad del café, con la esperanza de que estos proporcionen una mejor comprensión de los perfiles de sabor del café Geisha.
Han secuenciado muestras de otros 22 árboles de café Geisha para obtener una idea de la variación genética dentro de esa variedad y entre otras 13 variedades de C. arabica, que también serán importantes para desarrollar plantas que puedan resistir enfermedades y hacer frente a otras tensiones ambientales.
La secuenciación del genoma es crucial para la industria global
Jose Kawashima, presidente y CEO de Mi Cafeto Co. Ltd. en Tokio, una importante compañía de cafés especiales en Japón, destacó la importancia del descubrimiento para todos los niveles de la producción mundial de café.
«Habiendo trabajado en la industria del café durante más de 40 años y visitado granjas de café en todo el mundo, nunca he visto tantas granjas de café de C. arabica bajo coacción debido al deterioro de las cuestiones sociales y los impactos del cambio climático», dijo Kawashima, quien no estuvo directamente involucrado en el esfuerzo de secuenciación del genoma.
«Por lo tanto, es urgente que este descubrimiento científico se use para implementar mejoras prácticas a nivel de granja para sostener el futuro de la industria del café», dijo Kawashima. «Si la sostenibilidad puede lograrse a nivel del productor de café, los amantes del café en los países consumidores pueden seguir disfrutando de café de calidad».
Esfuerzo de secuenciación financiado por Suntory
Los fondos para el proyecto de secuencia fueron provistos por el grupo Suntory, a través de su Suntory Global Innovation Center Limited, ubicado en Kyoto, Japón. La secuenciación de C. arabica fue de particular interés para el grupo Suntory, cuyas muchas marcas incluyen bebidas de café, comercializadas en Japón.
«Anticipamos que el análisis funcional de los genes identificados por la secuenciación de C. arabica conducirá al desarrollo de nuevas variedades de café resistentes a las enfermedades con mejores características de sabor y aroma», dijo Yoshikazu Tanaka, gerente general senior de Suntory Global Innovation Center Limited.
«Suntory Group continuará sus esfuerzos de investigación y desarrollo para identificar fórmulas y materias primas para crear bebidas de café que tengan un mayor valor agregado, con un enfoque en la seguridad y el buen gusto», dijo Tanaka.