Пять кофейных загадок гены бобов могут взломать

Это самое популярное психоактивное вещество в мире, которое ежедневно потребляется миллиардами. Мы так любим это, мы послали специальную машину, чтобы сделать это в космосе. Но до сих пор кофе держал в себе несколько секретов своего успеха. Как растение получило кофеин? Как боб производит свой заветный аромат и вкус? И может ли кофе на самом деле быть полезным для вас?

Книги по теме

Кофе Crazy: 140 АГА! Моменты кофе из конференц-зала, в кафе, на кухню

Манифест Кофемиста: Плохого кофе больше нет!

Теперь ученые упорядочили геном кофе робуста ( Coffea canephora ), на долю которого приходится около трети ошеломляющих 2, 25 миллиардов чашек джо, которые мы пьем каждый день. (Тесно родственные виды арабики заполняют большинство кружек в мире.) Опубликованная сегодня в журнале Science статья, описывающая геном кофе, также сравнивает генетические последовательности растения с таковыми из винограда, томата и арабидопсиса, распространенного модельного организма в биология растений, раскрывающая некоторые уникальные особенности кофе. С этим новым инструментом в руках дальнейшие исследования могут помочь выяснить ответы на эти загадки кофе.

Почему растения производят кофеин?

Несмотря на то, что мы можем жаждать утреннего толчка, неясно, почему кофейное растение будет выделять кофеин в естественных условиях. Соавтор исследования Виктор Альберт, биолог-эволюционист в Университете Буффало, говорит, что существует три ведущих теории, объясняющих это явление.

Кофеин может мешать травоядным животным есть листья. «Кофеин на самом деле очень сильно накапливается в листьях», - говорит Альберт. Были даже попытки заваривать чай из кофейных листьев, но он не похож на кофе из бобов. Также возможно, что кофейные заводы используют кофеин, чтобы победить своих соседей. «Идея состоит в том, что после падения листьев кофеин выщелачивается в почву вместе с другими соединениями и препятствует прорастанию семян других растений в борьбе за ограниченные ресурсы, свет и пространство», - говорит он. Или кофеин может привлечь опылителей, давая им гудение. «Исследования, опубликованные в журнале Science в прошлом году, показывают, что кофеин привыкает к опылителям. Это отчасти действует на них так же, как и на нас - заставляет их возвращаться снова и снова », - говорит Альберт.

Хотя ответа на эту давнюю загадку нет в новом исследовании, теперь можно найти подробный геном растения. «Меня не удивит, если все эти три теории в какой-то степени верны», - говорит Альберт.

Как кофеин эволюционировал?

По словам Альберта, биологи обдумывают два генетических пути производства кофеина. Одна идея состоит в том, что у всех цветковых растений были свои гены, и лишь немногие начали всерьез производить кофеин. Или биосинтез кофеина развивался несколько раз по уникальным путям в отдаленно связанных группах растений.

Исследование генома подтверждает этот второй сценарий. Анализ показывает, что гены, которые варят кофеин в кофе, отличаются от генов, которые составляют соединение в чае и какао. «Кофе и чай в последний раз имели общего предка, может быть, 100 миллионов лет назад», - говорит Альберт. «Кофе и шоколад, возможно, 120 миллионов лет назад. Таким образом, мы говорим о растениях, которые были отделены в течение очень долгого времени и которые независимо развили способность производить кофеин ».

Растения несут версии тех же генов кофеина, но крошечные изменения вызвали большие различия в их биологических ролях. «Гены, которые кодируют ферменты кофеина в кофе, имеют близких родственников, например, в шоколаде, но в шоколаде эти гены не производят кофеин, они производят что-то другое», - говорит Альберт. «Существует обширная область исследований в области конструкторской химии ферментов, где люди модифицируют группы ферментов небольшими способами, чтобы они могли выполнять совершенно новые функции», - добавляет он. «Такого рода дизайнерская химия была достигнута случайно этими производящими кофеин растениями в природе».

Что дает кофе его неотразимый вкус и аромат?

Высокий уровень кофеина - не единственный захватывающий атрибут кофе. Недавно описанный геном также раскрывает происхождение особых вкусов и запахов, которые заставляют людей возвращаться снова и снова. «Наше исследование выявило гены, которые производят алкалоидные соединения, которые известны как горькие», - говорит Альберт. «Мы нашли еще одну группу обогащенных ферментов, которые производят флавоноидные соединения, которые являются еще одним элементом вкуса. Мы также выделили гены, участвующие в путях жирных кислот, поэтому мы выявили много разных генетических аспектов аромата и вкуса ».

Выяснение того, какие именно гены отвечают за наиболее желательные вкусы или ароматы, может дать возможность производить кофе, который доставляет больше того, что нам нравится, путем селекционного разведения или генной инженерии.

Можем ли мы сделать кофе здоровее?

Некоторые из многих компонентов кофе, которые, как пьющие, испытывают удовольствие от стресса, обладают свойствами, которые способствуют здоровью человека, такими как антиоксиданты, которые якобы защищают клетки от повреждений. Недавняя работа даже предполагает, что кофеин в кофе помогает людям сохранять новые воспоминания. Но другие компоненты кофе менее полезны или даже слабо канцерогены. (По крайней мере, это миф, что кофе тормозит ваш рост.)

Вся эта чрезвычайно сложная химия может быть освещена анализом генома, который может обеспечить основу для стратегий селекции или генетических манипуляций, чтобы максимизировать пользу и минимизировать вред, обнаруженный в пивоварении. «Все, что известно о кофе и представляет интерес, может быть направлено генетически», - говорит Альберт.

Может ли кофе пережить изменение климата?

Культивируемый кофейный завод родился в Эфиопии, а Африка остается центром разнообразия кофе. Сегодня завод также является основной товарной культурой в Бразилии, Вьетнаме, Индонезии и Колумбии. Но это мировое производство зависит от сортов с относительно низким разнообразием, что делает их уязвимыми для таких угроз, как болезни, вредители и изменение климата.

Дани Замир из Еврейского университета в Иерусалиме надеется, что геном может быть использован для ускорения размножения кофе и поддержания роста популярного урожая. «Ключом к тому, чтобы кофе мог выжить в качестве доступного урожая, является генетическое разнообразие африканских видов», - написал Замир в одной из перспективных статей, сопровождающих исследование. Геном показывает, что по сравнению со многими растениями кофе обладает очень специфическими генами устойчивости к патогенам, что может выявить тактическую цель борьбы сельского хозяйства за поддержание здоровых культур.

Но недавние исследования в Эфиопии выявили то, что Замир назвал «тревожной скоростью генетической эрозии генофонда из-за обезлесения в сочетании с неадекватными усилиями по сохранению». Он призвал использовать недавно секвенированный геном как инструмент для мониторинга и смягчения этих угроз путем стимулирования Геномные проекты селекции в странах-экспортерах кофе, что обеспечивает будущее, включающее высококачественные бобы для ежедневного размола в мире.