Cientistas descobrem genes comuns que defendem os cafeeiros contra doenças devastadoras
A planta do café Arábica. Crédito:NTU Cingapura O café Arábica é o café economicamente mais importante do mundo e representa 60% dos produtos de café em todo o mundo. Mas as plantas de onde provém são vulneráveis a uma doença que, em 1800, devastou o império cafeeiro do Sri Lanka.
Agora, uma equipa internacional de investigadores co-liderada pela Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapura), fez um avanço que ajuda a proteger as plantas de Arábica (Coffea arabica) contra a doença fúngica chamada ferrugem das folhas do café.
Os outros colíderes do estudo, publicado na Nature Genetics , estão sediadas na maior empresa de alimentos e bebidas do mundo, a Nestlé, na Université de Montpellier, na França, e na University at Buffalo, nos Estados Unidos.
Os cientistas mapearam detalhadamente todo o material genético – ou genomas – do Arábica e de duas plantas de café relacionadas. Isso permitiu à equipe identificar uma nova combinação de genes compartilhados pelas plantas que são resistentes à ferrugem do café. Com os dados dos genomas, outras características úteis nos cafeeiros também podem ser identificadas.
A descoberta dos genes de resistência abre o caminho para proteger melhor a dose diária dos amantes do café e manter o sabor de alta qualidade da sua bebida, apoiando assim uma indústria que emprega milhões de trabalhadores. Segundo a Organização Internacional do Café, a subsistência de 125 milhões de pessoas em todo o mundo depende do negócio do café.
A doença da ferrugem do café causou estragos nas nações produtoras de café e continua a destruir as fazendas de café até hoje. A Agência dos Estados Unidos para o Desenvolvimento Internacional estimou que, entre 2012 e 2014, um surto de ferrugem do café causou cerca de mil milhões de dólares (1,36 mil milhões de dólares) em danos económicos na América Latina.
O professor assistente Jarkko Salojarvi, da Escola de Ciências Biológicas da NTU, que co-liderou a equipe de pesquisa, disse:"As sequências genômicas de alta qualidade das três espécies de plantas, juntamente com as sequências genéticas candidatas à resistência à ferrugem das folhas do café, formam a pedra angular para criação de novas variedades de plantas de Arábica que sejam mais adaptáveis às mudanças e mais resistentes a doenças causadas por patógenos como fungos."
O projeto envolveu um grande consórcio de pesquisadores e cafeicultores da Austrália, Bélgica, Brasil, Canadá, China, Colômbia, Finlândia, França, Alemanha, Indonésia, Itália, Holanda, África do Sul, Espanha, Suíça, Uganda e Estados Unidos.
Patrick Descombes, especialista sênior em genômica da Nestlé Research e um dos co-líderes do estudo, disse:"Embora existam outras referências públicas para o Arábica, a qualidade do trabalho de nossa equipe é extremamente alta. Usamos o que há de mais moderno em termos de qualidade. abordagens genômicas de última geração - incluindo leituras longas e curtas e sequenciamento de alto rendimento - para criar a referência de Arábica mais avançada, completa e contínua até o momento."
Pouca variabilidade genética
As plantas de Arábica apresentam baixa diversidade genética, o que as torna suscetíveis a pragas e doenças. As plantas cultivadas normalmente não possuem a característica genética que confere resistência à ferrugem do café, causada pelo fungo Hemileia vastatrix.
Os fungos formam manchas amarelo-alaranjadas nas folhas do cafeeiro, que eventualmente murcham e caem. A perda de folhas diminui a qualidade e a quantidade dos frutos das plantas colhidos para a fabricação do café.
Para evitar uma destruição potencialmente desastrosa das plantas de Arábica em todo o mundo devido à ferrugem do café, os cientistas estudaram as origens genómicas e a história reprodutiva da planta.
Eles fizeram isso mapeando as sequências genômicas altamente detalhadas do Arábica e de duas plantas produtoras de café relacionadas, Robusta (C. canephora) e C. eugenioides, que são os ancestrais modernos do Arábica.
Isto foi feito usando técnicas avançadas, nomeadamente a tecnologia de alta fidelidade PacBio para sequenciar DNA com alta precisão e captura de conformação cromossômica de alto rendimento para criar mapas 3D detalhados de como diferentes segmentos de DNA interagem. Os dados dos genomas estão disponíveis publicamente.
A planta do café Arábica. Crédito:NTU Cingapura
A análise dos cientistas sugeriu que a resistência à ferrugem do café Arábica pode ter sido perdida quando as plantas de Arábica se tornaram amplamente cultivadas, uma vez que todas as plantas de café Arábica cultivadas são derivadas do mesmo tronco com muito pouca variabilidade genética.
Contudo, um híbrido de Arábica e Robusta resistente à doença foi encontrado na ilha de Timor em 1927. Infelizmente, a resistência tem um compromisso, uma vez que o híbrido não produz um café com um sabor tão bom como o de outras plantas de Arábica.
Sem alternativas, os descendentes da planta híbrida de Timor ainda constituem a base de todas as variantes resistentes à ferrugem do café.
Pesquisas anteriores descobriram alguns genes que potencialmente conferiam resistência contra a ferrugem em diferentes cafeeiros. Mas sem um mapa do genoma dos vários cafeeiros, era difícil identificar com precisão estes genes e difícil descobrir se também eram encontrados noutras plantas de café, o que aumentaria a probabilidade de codificarem resistência. O processo de identificação genética também foi lento.
No entanto, com a nova pesquisa mapeando detalhadamente os genomas de diferentes plantas de café, a identificação de genes de resistência será mais rápida e precisa.
Utilizando a informação do genoma das plantas, os investigadores analisaram as variedades de café mais cultivadas, que representam cerca de 95% da produção mundial de café, e compararam-nas com descendentes do híbrido de Timor.
Isto permitiu-lhes encontrar uma região de sequências de ADN comuns entre diferentes plantas de café resistentes à ferrugem, com uma nova combinação de genes baseados em Robusta que podem transmitir resistência em plantas de Arábica em geral. O conhecimento da existência destes genes partilhados aumenta enormemente a probabilidade de que estas sequências genéticas possam de facto defender-se contra a ferrugem das folhas, e poderia permitir aos criadores seleccioná-las quando cultivarem novas variedades de café.
Através da sua análise, os investigadores também postularam que o Arábica resultou de um evento fortuito entre 350 mil e 610 mil anos atrás, quando as plantas Robusta e C. eugenioides foram naturalmente polinizadas de forma cruzada para criar as primeiras plantas de Arábica na natureza.
Esta datação situa-se entre estimativas anteriores, com uma anterior a situar o evento casual há cerca de 20 mil anos, enquanto outras o empurram para um período tão recuado como há um milhão de anos. Os pesquisadores disseram que a discrepância em relação aos números anteriores pode ser devida a mudanças históricas no tamanho das populações de plantas selvagens e cultivadas, bem como às diferentes fontes e à quantidade limitada de dados utilizados.
Ao comparar as sequências genómicas de alta qualidade do Arábica com as do Robusta e do C. eugenioides, a equipa de investigação descobriu que as três espécies ainda são geneticamente muito semelhantes. Isto sugere que, para futuros programas de melhoramento, a fim de garantir que as plantas de Arábica tenham resistência a doenças, os melhoristas podem considerar a utilização de outras espécies de café relacionadas, como o Robusta e o C. eugenioides.
Usar apenas plantas de Arábica para criar a característica de resistência é problemático porque o estudo descobriu que mesmo as variedades selvagens de Arábica, e não apenas as cultivadas, têm uma diversidade genética muito baixa, tornando mais difícil a reprodução para resistência a doenças.
"A baixa diversidade genética das plantas modernas de Arábica cultivadas e silvestres é um obstáculo para seu melhoramento usando as variedades selvagens das plantas. Mas as semelhanças encontradas entre as plantas de Arábica, Robusta e C. eugenioides provavelmente facilitarão a introdução de características interessantes de os dois últimos em Arábica", disse o Asst Prof Salojarvi.
As sequências genómicas altamente detalhadas mapeadas para as três plantas de café também significam que outras características úteis poderão ser identificadas no futuro, como a resiliência à seca, melhor rendimento das colheitas e grãos de café mais aromáticos.
Essas características podem ser identificadas com marcadores genéticos, que podem ser usados para prever o desempenho futuro das mudas de café, em vez de esperar anos até que as plantas amadureçam e produzam frutos para descobrir.
Dado que o híbrido resistente à ferrugem de Timor não produz um café tão bom como o das plantas Arábica habituais, os dados do genoma compilados fornecem agora um caminho rápido para os investigadores criarem novas plantas resistentes a doenças que ainda retêm a sublime, suave e sabor doce do Arábica apreciado pelos amantes do café em todo o mundo.
