Die Arabica-Sorte ist die Quelle von etwa 60 % des weltweiten Kaffees und in Geschäften und Cafés unserer Städte am häufigsten anzutreffen. Seine Samen helfen Millionen von Menschen, den Tag zu beginnen oder nachts wach zu bleiben. Die erste Überquerung, durch die es entstand, erfolgte jedoch ohne jegliches menschliches Eingreifen.
Eine Gruppe von Forschern der University of Buffalo (USA) hat das bislang hochwertigste Arabica-Genom sequenziert. Die an diesem Montag in „Nature Genetics“ veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass sich diese Art vor mehr als 600.000 Jahren in den Wäldern Äthiopiens durch die natürliche Hybridisierung zweier anderer Kaffeearten entwickelte, lange bevor der Mensch begann, sie anzubauen und dann im ganzen Land zu verbreiten Welt.
Allerdings ist diese Sorte teilweise aufgrund der geringen genetischen Vielfalt aufgrund der Inzuchtgeschichte und der geringen Populationsgröße anfällig für viele Schädlinge und Krankheiten und kann nur an wenigen Orten auf der Welt angebaut werden, wo die klimatischen Bedingungen günstiger sind. Forscher sagen, dass die Geheimnisse ihrer Abstammung dazu beitragen könnten, dass diese Körner in den kommenden Jahrzehnten dem Klimawandel besser standhalten.
Anhand ihres neuen Referenzgenoms, das mithilfe modernster DNA-Sequenzierungstechnologie und fortschrittlicher Datenwissenschaft erstellt wurde, konnte das Team 39 Arabica-Sorten und sogar ein Exemplar aus dem 18. Jahrhundert sequenzieren, das der schwedische Naturforscher Carl Linnaeus zur Benennung der Art verwendete. Das Referenzgenom befindet sich nun in einer öffentlich zugänglichen digitalen Datenbank.
„Obwohl es weitere öffentliche Hinweise auf Arabica-Kaffee gibt, ist die Qualität der Arbeit unseres Teams äußerst hoch. „Es ist das bisher fortschrittlichste und vollständigste Genom“, sagt einer der Co-Leiter der Studie, Patrick Descombes, leitender Genomikexperte bei Nestlé Research.
Laut Forschern entstand Arabica als natürliche Hybridisierung zwischen Coffea canephora j Coffea eugenioidesDanach erhielt er von jedem Elternteil zwei Chromosomensätze. Bisher hatten Wissenschaftler Schwierigkeiten, den genauen Zeitpunkt und Ort dieses Ereignisses zu bestimmen; die Schätzungen reichen von vor 10.000 bis zu einer Million Jahren.
Um Beweise für das ursprüngliche Ereignis zu finden, ließen die Forscher ihre verschiedenen Arabica-Genome durch ein Computermodellierungsprogramm laufen, um nach Signaturen der Artbasis zu suchen.
Die Modelle zeigen drei demografische Engpässe in der Geschichte von Arabica; die älteste fand vor etwa 29.000 Generationen (oder 610.000 Jahren) statt. Dies deutet darauf hin, dass Arabica irgendwann früher, vor 610.000 bis 1 Million Jahren, entstanden ist.
„Mit anderen Worten, die Kreuzung, aus der Arabica entstand, war nicht etwas, was Menschen getan haben“, sagt Studienmitautor Victor Albert von der UB. „Es ist ganz klar, dass dieses Polyploidie-Ereignis älter ist als der moderne Mensch und der Kaffeeanbau.“
Man ging lange davon aus, dass sich Kaffeepflanzen in Äthiopien entwickelt hätten, aber die Sorten, die das Team rund um den Großen Afrikanischen Grabenbruch sammelte, der sich von Südostafrika bis nach Asien erstreckt, zeigten eine deutliche geografische Kluft. Alle untersuchten Wildsorten stammten von der Westseite, während alle Kultursorten von der Ostseite stammten, näher an der Bab al-Mandab-Straße, die Afrika und den Jemen trennt.
Ein Bauer hält einige Kaffeebohnen in seinen Händen
Dies würde mit Belegen dafür übereinstimmen, dass der Kaffeeanbau etwa im 15. Jahrhundert vor allem im Jemen begonnen haben könnte. Man geht davon aus, dass der indische Mönch Baba Budan um 1600 die legendären „sieben Samen“ aus dem Jemen geschmuggelt hat, wodurch er den indischen Arabica-Anbau etablierte und den Grundstein für die heutige weltweite Verbreitung des Kaffees legte.
„Es scheint, dass die Vielfalt des jemenitischen Kaffees der Begründer aller heutigen großen Sorten ist“, sagt Descombes. „Kaffee ist keine Nutzpflanze, die wie Mais oder Weizen stark gekreuzt wurde, um neue Sorten zu schaffen. Die Leute wählten hauptsächlich eine Sorte, die ihnen gefiel, und bauten sie dann an. „Die Sorten, die wir heute haben, gibt es also wahrscheinlich schon lange.“
Die Auswirkungen des Klimas
Den Forschern gelang es auch, Klimaereignisse in Afrika mit den Schwankungen wilder und kultivierter Arabica-Populationen im Laufe der Zeit zu vergleichen. Die Modelle zeigen eine lange Periode geringer Bevölkerungszahl vor 20 bis 100.000 Jahren, die ungefähr mit einer anhaltenden Dürre und einem kälteren Klima zusammenfällt, von denen man annimmt, dass sie die Region vor 40 bis 70.000 Jahren heimgesucht haben. Die Population nahm dann während der afrikanischen Feuchtperiode vor 6.000 bis 15.000 Jahren zu, als die Wachstumsbedingungen wahrscheinlich am günstigsten waren.
Zur gleichen Zeit, vor etwa 30.000 Jahren, trennten sich wilde Sorten und Sorten, die später von Menschen kultiviert wurden.
„Sie brüteten immer noch gelegentlich miteinander, hörten aber wahrscheinlich gegen Ende der afrikanischen Feuchtperiode und der Erweiterung der Meerenge aufgrund des steigenden Meeresspiegels vor etwa 8.000 bis 9.000 Jahren auf“, sagt Jarkko Salojärvi, Assistenzprofessor an der Nanyang Technological University. in Singapur und ein weiterer korrespondierender Co-Autor des Werkes.
Geringe genetische Vielfalt
Die effektive Populationsgröße der angebauten Arabica-Pflanze wird auf nur 10.000 bis 50.000 Individuen geschätzt. Aufgrund ihrer geringen genetischen Vielfalt könnte sie wie die Cavendish-Bananenmonokultur durch Krankheitserreger wie Kaffeerost vollständig dezimiert werden, was jährlich Verluste in Höhe von 1 bis 2 Milliarden US-Dollar verursacht.
Das Referenzgenom konnte mehr Aufschluss darüber geben, wie eine Linie von Arabica-Sorten eine starke Resistenz gegen die Krankheit erlangte.
Die Sorte Timor entstand in Südostasien als spontane Hybride zwischen Arabica und einem ihrer Eltern, Coffea canephora . Auch als Robusta bekannt und hauptsächlich für Instantkaffee verwendet, ist diese Sorte krankheitsresistenter als Arabica.
„Als Robusta in Timor erneut mit Arabica gekreuzt wurde, brachte es daher einige seiner Abwehrgene gegen Krankheitserreger mit“, sagt Albert, der 2014 auch die Sequenzierung des Robusta-Genoms mitleitete. Die aktuelle Arbeit von Albert und seinen Mitarbeitern präsentiert außerdem eine stark verbesserte Version des Robusta-Genoms sowie eine neue Sequenz einer anderen Arabica-Vorläuferart, Coffea eugenioides.
Während Züchter versucht haben, diese Kreuzung zu reproduzieren, um die Abwehr gegen Krankheitserreger zu stärken, ermöglichte das neue Arabica-Referenzgenom den Forschern die Identifizierung einer neuen Region, die Mitglieder der RPP8-Resistenzgenfamilie sowie einen allgemeinen Genregulator, CPR1, beherbergt.
„Diese Ergebnisse deuten auf einen neuen Zielort hin, um die Krankheitserregerresistenz bei Arabica möglicherweise zu verbessern“, sagt Salojärvi.
Das Genom lieferte auch weitere neue Erkenntnisse, etwa welche Wildsorten dem modern angebauten Arabica-Kaffee am nächsten kommen. Sie entdeckten auch, dass die Typica-Sorte, eine frühe niederländische Sorte, die in Indien oder Sri Lanka beheimatet ist, wahrscheinlich der Elternteil der Bourbon-Sorte ist, die hauptsächlich von den Franzosen angebaut wird.
„Unsere Arbeit unterscheidet sich nicht von der Rekonstruktion des Stammbaums einer sehr wichtigen Familie“, sagt Albert.
