W Science ukazało się podsumowanie
sekwencjonowania i wstępnej analizy genomu kawowca. Naukowcy
szczególną uwagę poświęcili genom kodującym kofeinę. Związek ten jest tak przydatny, że zdolność do jego produkcji
wyewoluowała niezależnie od tej w herbacie, kakaowcu czy innych
roślinach „z dopalaczem”. Opublikowane informacje mają też duże
znacznie dla zajmujących się tworzeniem nowych odmian i modyfikacjami genetycznymi.
sekwencjonowania i wstępnej analizy genomu kawowca. Naukowcy
szczególną uwagę poświęcili genom kodującym kofeinę. Związek ten jest tak przydatny, że zdolność do jego produkcji
wyewoluowała niezależnie od tej w herbacie, kakaowcu czy innych
roślinach „z dopalaczem”. Opublikowane informacje mają też duże
znacznie dla zajmujących się tworzeniem nowych odmian i modyfikacjami genetycznymi.
Nad genomem pracował międzynarodowy
zespół naukowców z French Institute of Research for Development
(IRD), French National Sequencing Center (CEA-Genoscope) i State
University of New York’s University at Buffalo. Badania genomów
roślin użytkowych pozwalają zobaczyć jak te rośliny funkcjonują,
jak ewoluowały i dają podstawy do dalszego ich ulepszania.
zespół naukowców z French Institute of Research for Development
(IRD), French National Sequencing Center (CEA-Genoscope) i State
University of New York’s University at Buffalo. Badania genomów
roślin użytkowych pozwalają zobaczyć jak te rośliny funkcjonują,
jak ewoluowały i dają podstawy do dalszego ich ulepszania.
Uprawy kawy zajmują 11 milionów
hekatrów a zaspani ludzie wypijają dziennie ponad 2 miliardy kubków
napoju z ziaren tej rośliny. Ten gigantyczny biznes w 99% opiera się na
dwóch gatunkach: Coffea canephora (kawa robusta) i Coffea arabica
(kawa arabska), który powstał w wyniku hybrydyzacji C. canephora
and C. eugenioides (2n = 4x = 44 chromosomy).
hekatrów a zaspani ludzie wypijają dziennie ponad 2 miliardy kubków
napoju z ziaren tej rośliny. Ten gigantyczny biznes w 99% opiera się na
dwóch gatunkach: Coffea canephora (kawa robusta) i Coffea arabica
(kawa arabska), który powstał w wyniku hybrydyzacji C. canephora
and C. eugenioides (2n = 4x = 44 chromosomy).
Owoce Coffea canephora, Pierre ex A. Froehner Wikipedia CC-BA
Do analiz została wybrana Robusta,
ponieważ jest „rodzicem” kawy arabskiej i posiada mniejszy
genom. Udało się otrzymać sekwencję 80% genomu, zidentyfikować w
niej ponad 25 tys. genów kodujących białka, 92 prekursony
microRNA, 2,5 tys. śladów transferu organelle-jądro. Prawie połowę
genomu stanowią elementy ruchome, z których aż 85% to
retrotranspozony LTR.
ponieważ jest „rodzicem” kawy arabskiej i posiada mniejszy
genom. Udało się otrzymać sekwencję 80% genomu, zidentyfikować w
niej ponad 25 tys. genów kodujących białka, 92 prekursony
microRNA, 2,5 tys. śladów transferu organelle-jądro. Prawie połowę
genomu stanowią elementy ruchome, z których aż 85% to
retrotranspozony LTR.
Sama kofeina jako metabolit
wtórny jest bardzo przydatny nie tylko do rozbudzania zaspanych, ale
też spełnia wiele ról w samej roślinie. Przede wszystkim jest
środkiem odstraszającym i owadobójczym przeciwko podgryzającym
roślinę szkodnikom. Stąd wysoka zawartość związku w liściach.
Kiedy te opadną, kofeina wraz z innymi związkami wnika w glebę i
zapobiega kiełkowaniu innych roślin, które mogły by stanowić
konkurencję dla kawowca.
wtórny jest bardzo przydatny nie tylko do rozbudzania zaspanych, ale
też spełnia wiele ról w samej roślinie. Przede wszystkim jest
środkiem odstraszającym i owadobójczym przeciwko podgryzającym
roślinę szkodnikom. Stąd wysoka zawartość związku w liściach.
Kiedy te opadną, kofeina wraz z innymi związkami wnika w glebę i
zapobiega kiełkowaniu innych roślin, które mogły by stanowić
konkurencję dla kawowca.
O ile dla owadów żerujących na
liściach kofeina jest insektycydem, na owady zapylające działa jak
na ludzi. Niewielka jej ilość znajduje się także w nektarze.
Pszczoły, którym podawany jest nektar z kofeiną 3 razy lepiej
zapamiętują jego zapach i miejsce, gdzie go znalazły (1). Podobnie
jak u ludzi, wydaje się działać na układ nerwowy tych owadów. A
może to zwykłe uzależnienie?
liściach kofeina jest insektycydem, na owady zapylające działa jak
na ludzi. Niewielka jej ilość znajduje się także w nektarze.
Pszczoły, którym podawany jest nektar z kofeiną 3 razy lepiej
zapamiętują jego zapach i miejsce, gdzie go znalazły (1). Podobnie
jak u ludzi, wydaje się działać na układ nerwowy tych owadów. A
może to zwykłe uzależnienie?
Patrząc na geny zaangażowane w
produkcję kofeiny, możemy dowiedzieć się jak ten proces
przebiega. W końcowej fazie syntezy enzymy N-metylotransferazy (NMT)
dodają do ksantozyny trzy metylowe grupy funkcyjne, co daje kofeinę.
Jednak N-metylotransferazy w kawie różnią się od tych w gatunkach
herbaty czy kakaowcu.
produkcję kofeiny, możemy dowiedzieć się jak ten proces
przebiega. W końcowej fazie syntezy enzymy N-metylotransferazy (NMT)
dodają do ksantozyny trzy metylowe grupy funkcyjne, co daje kofeinę.
Jednak N-metylotransferazy w kawie różnią się od tych w gatunkach
herbaty czy kakaowcu.
Szlak syntezy kofeiny, trzy kroki metylacji (dodania grupy -(CH3)) i odpowiedzialne za to metylotransferazy: metylotransferaza ksantozyny (XMT), syntaza teobrominy (MXMT), syntaza kofeiny (DXMT). SAM – S-adenozylometionina, SAH – S-adenozylohomocysteina (Denoeud i inni; 2014)
Porównując odpowiedzialne za to sekwencje z
innymi roślinami autorzy badania doszli do wniosku, że szlak
syntezy kofeiny powstał w świecie roślin przynajmniej dwukrotnie
na drodze tandemowej duplikacji, niezależnie od siebie na drodze
konwergentnej (zbieżnej) ewolucji.
innymi roślinami autorzy badania doszli do wniosku, że szlak
syntezy kofeiny powstał w świecie roślin przynajmniej dwukrotnie
na drodze tandemowej duplikacji, niezależnie od siebie na drodze
konwergentnej (zbieżnej) ewolucji.
 |
| Coffeeless nation – Chatolandia |
Wiedza o genomie przyda się w
dokładnym poznaniu nie tylko źródeł kofeiny, ale też innych
związków odpowiedzialnych za smak, aromat naparu, takich jak kwas
linolenowy. Ma on duże znaczenie w procesie prażenia kawy.
Zidentyfikowano też wiele genów zapewniających roślinie
odporność. Pomoże to walczyć z powodującymi straty chorobami,
głównie rdzą kawową.
dokładnym poznaniu nie tylko źródeł kofeiny, ale też innych
związków odpowiedzialnych za smak, aromat naparu, takich jak kwas
linolenowy. Ma on duże znaczenie w procesie prażenia kawy.
Zidentyfikowano też wiele genów zapewniających roślinie
odporność. Pomoże to walczyć z powodującymi straty chorobami,
głównie rdzą kawową.
Natomiast znajomość genów szlaku
produkcji kofeiny pozwoli w przyszłości opracować prawdziwie
bezkofeinową kawę. Obecne metody usuwania związku wpływają na
smak i zapach naparu.
produkcji kofeiny pozwoli w przyszłości opracować prawdziwie
bezkofeinową kawę. Obecne metody usuwania związku wpływają na
smak i zapach naparu.
Seweryn Frasiński
źródła:
nature.com
www.popularmechanics.com
The coffee genome provides insight into the convergent evolution ofcaffeine biosynthesis. Science, September 2014 DOI: 10.1126/science
nature.com
www.popularmechanics.com
The coffee genome provides insight into the convergent evolution ofcaffeine biosynthesis. Science, September 2014 DOI: 10.1126/science
(1) Caffeine in Floral Nectar Enhances a Pollinator’s Memory of Reward G. A. Wright et al. Science 339, 1202 (2013); DOI: 10.1126/science.1228806