基因組測序揭開小粒咖啡神秘面紗_風聞

編者按：從深海到高山、從沙漠到雨林，地球的每一處都有植物的印記。歲月流變、氣候變遷、地質運動、生境更迭，植物歷久彌新、在不斷演化中保持着多樣化的世界。中科院之聲與中國科學院武漢植物園聯合開設“花花萬物”，在這裏，我們關注植物的生存、競爭、繁衍、死亡，展示自然界的奇特多姿，解讀生物的萬千氣象，探索神奇的生命秘境，致敬這無聲無息又蓬勃多姿的世界。

一粒種子從原產地非洲漂洋過海，翻山越嶺隨着商貿和殖民擴張一路傳播，與世界各地結緣。它從成熟的那一刻起經歷了陽光的暴曬、去皮、發酵、烘焙、研磨等工序，最終出現在街角的小店裏或大樓的辦公桌上，帶給人們豐富的味覺體驗。這粒種子，既在曾經被稱為“黑色金子”，又在當代被認作世界大三飲料中的一種，它便是咖啡。

（圖片來自網絡）

小粒咖啡（Coffea arabica）作為咖啡界的“大佬”因其脂肪和糖含量豐富，氣味柔和，口感清新微甜而備受咖啡愛好者的青睞。小粒咖啡在初春開花，盛夏結果，金秋採摘；每年2–4月一朵朵潔白的小花點綴於椏間，10–12月一粒粒“紅精靈”在枝頭肯定着種植者的辛勤工作。對於科研人員而言，通過科學方法研究其遺傳信息，揭示遺傳規律，培養優良性狀的品種，促進分子育種，縮短開發新品種所需的時間是科研者的職責。

小粒咖啡是埃塞俄比亞唯一種植和出口的咖啡品種，其出口收入佔該國出口額的四分之一，帶動約1500萬人就業。據不同學者研究表明，埃塞俄比亞的咖啡具有高度的遺傳多樣性，這對改良咖啡作物具有巨大的潛力。目前，全球對特色咖啡的需求大幅增加，開發市場需求高的咖啡品種（如咖啡因含量低）是必不可少的。埃塞俄比亞是小粒咖啡基因庫的主要來源地，該國發現的種質資源具有較高價值，可用於開發具有理想性狀的品種。中科院武漢植物園研究人員與埃塞俄比亞研究人員克服重重困難，通力合作，利用Illumina測序技術對埃塞俄比亞生物多樣性研究中心Choche種質庫中的90份咖啡種質材料進行了基因組重測序以期為咖啡基因組研究和各種遺傳學研究提供有價值的數據資料。

在該研究中，基因組測序產生了64.1億paired‑end reads，超過93%的clean reads被定位到小粒咖啡參考基因組上。共檢測到1108萬個變異位點，其中974萬個SNPs，134萬個InDels。在所有材料中，基因組變異在咖啡基因組中的分佈不均勻。同時，利用全基因組SNP標記進行系統發育分析，研究結果表明這些咖啡種質聚為四個主要大的分支，其聚類方式與種質資源的地理來源具有高度關聯性。此外，對咖啡材料進行重新測序可以識別遺傳標記，如SNPs和InDels。

圖1 小粒咖啡（Coffea arabica L.）基因組不同區域SNP分佈情況

本研究中發現的SNPs可能有助於咖啡中咖啡因含量、產量、病蟲害等重要農藝性狀基因的重要途徑的變異。此外，基因組重測序數據和從90個種質鑑定的遺傳標記提供了對咖啡種質遺傳變異的信息，並促進了廣泛的遺傳研究。可被利用於推進咖啡基因組研究和種質改良等工作。

圖2 小粒咖啡（Coffea arabica L.）基因組中檢測到的過渡和反轉SNPs

相關研究成果以 Whole-genome resequencing of Coffea arabica L. (Rubiaceae) genotypes identify SNP and unravels distinct groups showing a strong geographical pattern 為題發表在國際植物學期刊BMC Plant Biology上。研究工作得到湖北省重點研發計劃（2020BHB022）、國家自然科學基金（31961143026,31970211）、中國科學院國際合作計劃（151853KYSB20190027）以及中國科學院中-非聯合研究中心項目（SAJC202101）的支持。

行文最後，無論是一杯甘美柔滑的拿鐵咖啡陪你度過靜謐的下午，還是一杯濃香四溢的意式濃縮陪你熬過無助的午夜，咖啡總能以適當的形式融入人們的生活。願咖啡能在你忙碌時帶給你片刻的安寧，在你疲憊時帶給你充足的精神。與諸君共勉。

（圖片來自網絡）

來源：中國科學院武漢植物園