Как случайное „скрещивание“ двух растений полмиллиона лет назад подарило нам популярный напиток

Когда много сотен тысяч лет назад в эфиопском лесу случайно скрестились два растения, возникла новая разновидность, которая впоследствии подарила нам один из любимых современных напитков, пишет Live Science.

Ученые выяснили, что растения, обеспечивающие большую часть мировых запасов кофе, появились примерно 600 тысяч - 1 миллион лет назад, когда два других вида кофейного дерева случайно скрестились в лесах Эфиопии.

Около 60% мирового объема кофе приходится на Coffea arabica, произрастающего в тропических регионах по всему миру. В новом исследовании, опубликованном 15 апреля в журнале Nature Genetics, ученые выясняют, когда и где могли развиться первоначальные растения C. arabica.

Используя методы моделирования популяционного генома, исследователи установили, что растение C. arabica развилось в результате естественной гибридизации между двумя другими видами кофе: C. eugenioides и C. canephora.

В результате возник полиплоидный геном, то есть каждое потомство содержит два набора хромосом от каждого родителя. Возможно, именно это дало C. arabica преимущество в выживании, которое позволило ему эволюционировать и адаптироваться. Полиплоид — это организм с более чем двумя гаплоидными наборами хромосом в клеточном ядре.

„Часто утверждается, что полиплоидия гибридов может давать немедленное эволюционное преимущество, поскольку наследуются два набора хромосом и, следовательно, два полных набора генов, — сказал изданию Live Science соавтор исследования Виктор Альберт, биолог из Университета штата Нью-Йорк в Буффало. — Конечно, дублирующие гены всегда теряются с обеих сторон полиплоидного генома, но количество генов увеличивается, и это, вероятно, приводит к большей способности адаптироваться к новой среде“.

Исследователи признают, что и здесь есть возможность для ошибки. Самые ранние оценки времени гибридизации датируются 10 тысячами лет назад.

„Нам пришлось ввести приблизительную скорость мутации и время генерации (от семени к семени). Вместе эти допущения позволяют нам перевести время в календарные годы. Но эти расчеты, конечно, имеют большую погрешность, учитывая неопределенность в скорости мутаций и времени генерации“, — говорит Альберт. Тем не менее биолог считает, что их оценка достаточно точна. Исследователи использовали генетическую информацию из 41 образца C. arabica из разных мест, включая образец XVIII века.

Независимо от того, когда произошла эволюция, этот гибридный геном позволил растению распространиться. Первоначально считалось, что его выращивали в Эфиопии, а затем переправили на Ближний Восток, где в XV веке кофе уже был известным напитком.

Согласно легенде, мусульманский паломник-суфий из Индии тайно вывез семь семян кофейного дерева из Йемена и основал кофейные плантации в Карнатаке, Индия, примерно в 1670 году.

Голландские торговцы начали культивировать кофейное растение в других регионах: в 1699 году C. arabica впервые была посажена на острове Ява, а в 1706 году образец был отправлен в ботанический сад в Амстердаме. В XVIII веке голландцы и французы завезли саженцы кофейного растения в свои колонии.

Потомки первоначальных растений известны как Typica, а мутация, произошедшая на острове Реюньон (тогда он назывался Бурбон), привела к появлению другой формы, названной Bourbon. Большинство современных сортов C. arabica происходят от этих двух линий, хотя некоторые дикие экотипы из Эфиопии также культивируются.

Хотя полиплоидная природа генома, возможно, дала C. arabica преимущества, она также сделала ее уязвимой к болезням, в частности, к кофейной листовой ржавчине (Hemileia vastatrix). Еще одна слабость растения заключается в том, что все нынешние растения связаны с одним родителем.

„Это не позволяет противостоять Hemileia vastatrix в „гонке вооружений“, где генетические вариации арабики встречаются с эволюцией популяций ржавчины и борются друг с другом, чтобы адаптироваться к болезни. Болезнь обладает большей способностью адаптироваться к любому новому сопротивлению“, — говорит Альберт.

В 1927 году на острове Тимор произошло естественное скрещивание C. arabica с одним из ее родительских видов, C. canephora. В результате был выведен сорт, более устойчивый к кофейной листовой ржавчине, но качество его зерен, как считается, уступает сорту C. arabica или Robusta (другое название C. canephora).