Pesquisadores brasileiros participam do sequenciamento do genoma referência do café arábica

Pesquisadores de 16 países, incluindo o Brasil, sequenciaram o genoma de referência do café arábica, a espécie de café mais consumida no mundo. Três pesquisadores são da Embrapa Café e outros oito de instituições que compõem o Consórcio de Pesquisa Cafeeira, coordenado pela Embrapa. Um artigo científico publicado na Nature Genetics, revista científica de alto impacto, traz informações inéditas sobre o genoma e a genômica populacional dessa espécie, que revelam o histórico de diversificação das cultivares cultivadas atualmente.

O pesquisador da Embrapa Café, Alan Andrade, explica que o grupo de cientistas, do qual participa, realizou um mapeamento genético estrutural completo do Coffea arabica com a mais alta qualidade alcançada até o momento. “Isso nos levou ao que chamamos de genoma de referência. Em 2004, aqui no Brasil fomos pioneiros no sequenciamento funcional do genoma da espécie arábica. Quanto ao estrutural, passamos a conhecer a ordem dos genes dentro das sequências de DNA e das regiões intergênicas que compõem o genoma, o que não é possível ver no sequenciamento funcional”. Assim, tornou-se mais fácil identificar genes responsáveis ​​por características específicas dos cafeeiros, como resistência a doenças e à seca, tamanho dos frutos, aroma ou sabor.

O pesquisador Luiz Filipe Pereira, também da Embrapa Café, afirma que avanços importantes já estão sendo alcançados com base nos resultados obtidos. “Como estamos imersos neste trabalho há anos, temos desenvolvido diversos estudos voltados para a cafeicultura brasileira a partir dos dados deste estudo.”

Ele explicou que o genoma detalhado permite identificar variações genéticas de bases de DNA associadas a características fenotípicas como resistência a doenças, por exemplo. “Assim, a análise do DNA das plantas permitiu selecionar rapidamente aquelas que apresentam resistência, acelerando o melhoramento genético e o melhoramento genético”, detalhou Pereira.

Os dados do novo sequenciamento também estão sendo aplicados no desenvolvimento de tecnologias para certificação e rastreabilidade do café. O estudo contou ainda com a participação da pesquisadora da Embrapa Café, Lilian Padilha, que trabalhou com a equipe do Instituto Agronômico (IAC).

Evolução do café arábica
Com os novos mapeamentos genéticos, foram obtidas as sequências completas do genoma e estruturas das espécies Coffea arabica , Coffea eugenioides e, mais uma vez, Coffea Canephora . foram comparados. O objetivo era revelar a evolução das espécies, o papel dos genes, o mecanismo de regulação gênica e identificar estruturas sequenciais e os elementos que foram conservados ou diferenciados. Também foram analisados ​​a família de genes, o desenvolvimento evolutivo, a duplicação de todo o genoma e a pressão seletiva sofrida.

Segundo os pesquisadores, “ferramentas genômicas modernas e uma compreensão detalhada da origem e história do melhoramento de variedades contemporâneas são vitais para o desenvolvimento de novas cultivares de café arábica, mais bem adaptadas às mudanças climáticas e às práticas agrícolas”.

Eles sequenciaram novamente o genoma completo de 41 acessos selvagens e cultivados desta espécie, até mesmo um espécime do século XVIII usado pelo naturalista sueco Carl Linnaeus, que forneceu uma análise aprofundada da história e das rotas de disseminação do C. arabica .

C. arabica é uma espécie poliplóide, mais precisamente alotetraplóide, pois carrega 44 cromossomos. É o resultado de um evento natural de hibridização entre os ancestrais dos atuais Coffea canephora (café Robusta) e Coffea eugenioides , que possuem 22 cromossomos cada e são classificados como diplóides. Essa duplicação de todo o genoma recebe a sigla WGD. Os cientistas tiveram dificuldade em identificar exatamente quando – e onde – tal evento de alopoliploidização ocorreu, com estimativas variando entre 10.000 e 1 milhão de anos atrás.

Por meio de modelagem computacional, os pesquisadores buscaram assinaturas da fundação da espécie por meio de análises nos genomas de C. arabica . Os modelos mostram três estrangulamentos populacionais ao longo da história, o mais antigo dos quais ocorreu há cerca de 29 mil gerações, ou 610 mil anos atrás.

Isto sugere que o Arábica se formou entre 360.000 e 610.000 anos atrás e teve sua população aumentando e diminuindo em períodos de aquecimento e resfriamento da Terra durante milhares de anos, antes de finalmente ser cultivado na Etiópia e no Iêmen, e depois se espalhar por todo o globo. .

Antigamente, pensava-se que as plantas de café tinham sido cultivadas pela primeira vez na Etiópia, mas as variedades recolhidas pelos investigadores em torno do Grande Vale do Rift, que se estende do Sudeste de África até à Ásia, mostravam uma clara divisão geográfica. As variedades selvagens em estudo são todas originárias do lado ocidental, enquanto as variedades cultivadas são todas do lado oriental, mais perto do estreito de Bab al-Mandab, que separa a África do Iémen.

Isto estaria de acordo com a evidência de que o cultivo do café pode ter começado principalmente no Iémen por volta do século XV , seguido por uma mudança para a Índia, o que apoia a lenda do contrabando de “sete sementes” pelo monge indiano Baba Budan por volta de o ano 1600. Assim, a diversidade do café iemenita poderia ser a base para todas as principais variedades de arábica da atualidade.

Para os estudiosos, a poliploidia é uma poderosa força evolutiva que moldou a evolução do genoma em muitas linhagens eucarióticas, possivelmente oferecendo vantagens adaptativas em tempos de mudança global. No entanto, as cultivares contemporâneas de Arábica descendem das linhagens Typica ou Bourbon, que têm uma diversidade genética particularmente baixa, são susceptíveis a muitas pragas e doenças como a ferrugem do café, e só podem ser cultivadas com sucesso em regiões limitadas do mundo.

Em 1927, foi identificado na ilha de Timor um híbrido espontâneo de C. canephora  resistente ao fungo H. vastatrix , causador da ferrugem. Com base no novo genoma de referência do Arábica, estudos em plantas desta linhagem permitiram identificar um novo local-alvo para potencialmente melhorar a resistência a patógenos como o fungo em questão. O novo sequenciamento do genoma forneceu outras descobertas, como quais variedades silvestres estão mais próximas do café arábica cultivado hoje. Os cientistas também descobriram que a variedade Typica, antiga cultivar holandesa originada na Índia ou no Sri Lanka, é provavelmente a mãe da variedade Bourbon, muito utilizada no preparo de cafés especiais.

Na fronteira da genômica do café
Desde o início do século XIX, o Brasil lidera a produção e exportação mundial de café, presente no país há quase 300 anos. Essa liderança está ancorada em extensas pesquisas relacionadas à cafeicultura, que remontam à criação da Seção de Café do IAC, em 1923. A partir de então, o país não parou de fazer estudos sobre a cultura.

Alguns anos depois, em 1929, a criação da Seção de Genética deu início aos trabalhos de genética e melhoramento genético do café. Desde então, dezenas de instituições passaram a realizar estudos para o setor cafeeiro ou foram criadas em torno dele, como a Embrapa Café e o Consórcio Pesquisa Cafeeira, que atualmente reúne cerca de 40 órgãos de pesquisa cujo trabalho se concentra na cultura.

No que diz respeito ao sequenciamento genético do cafeeiro, a Embrapa obteve avanços importantes. Em 2004, Alan Andrade, Carlos Colombo (pesquisador do IAC) e Luiz Gonzaga (pesquisador do Instituto de Desenvolvimento Rural do Paraná – IAPAR) coordenaram o primeiro sequenciamento funcional do genoma do café arábica em um projeto do Coffee Research Consortium financiado pelo Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), que também contou com a participação de Luiz Filipe Pereira e que gerou o maior banco de dados de café do mundo na época, com 200 mil sequências de DNA.

O resultado desse trabalho foi decisivo para o primeiro sequenciamento completo de Coffea canephora dez anos depois, por um consórcio internacional composto por 11 países, com significativa participação de Andrade e Pereira.

Outro importante sequenciamento do genoma foi o do bicho-mineiro do café, uma das principais pragas do café, que foi concluído em 2022 em um projeto liderado por pesquisadores da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, com a participação de pesquisadores da Embrapa Agroindústria Tropical, Embrapa Café, Embrapa Cerrados, Embrapa Milho e Sorgo e Universidade Federal de Viçosa (UFV)

As ilustrações da presente notícia fazem parte do artigo “O genoma e a genômica populacional do alopoliplóide Coffea arabica revelam a história de diversificação das cultivares modernas de café”. Clique aqui para ler a publicação. Com informações da Embrapa.