#Genom des Arabica-Kaffees im Detail entschlüsselt

Der aromatische Arabica-Kaffee macht rund 60 Prozent des weltweit konsumierten Kaffees aus. Forschende haben nun die genetischen Details dieser Kaffee-Art analysiert. Obwohl Coffea arabica eine sehr geringe genetische Vielfalt aufweist, zeigt die Analyse, wie dennoch vielfältige Variationen zustande kommen. Zudem können die Ergebnisse dabei helfen, neue Kaffeesorten mit wünschenswerten Eigenschaften wie Krankheitsresistenz oder einem bestimmten Geschmacksprofil zu entwickeln.

Weltweit gibt es rund 100 verschiedene Arten von Kaffeepflanzen. Den Weltmarkt beherrschen jedoch zwei Sorten: der milde, aromatische Arabica-Kaffee (Coffea arabica) und der kräftigere Robusta-Kaffee (Coffea canephora). Robusta-Kaffee ist weniger anfällig gegenüber Krankheiten und lässt sich in tieferen Lagen und bei höheren Temperaturen anbauen als Arabica-Kaffee. Der empfindlichere Arabica-Kaffee gilt dafür als aromatischer und besser bekömmlich. Entstanden ist er aus einer Kreuzung zwischen den Vorfahren des heutigen Robusta-Kaffees und einer weiteren Kaffeeart, Coffea eugeniodes.

Studie im Auftrag von Lavazza und Illycafè

Da es sich bei Coffea arabica um eine Hybridzüchtung handelt, ist sein Genom besonders komplex. Die Pflanze trägt von beiden Elternarten jeweils beide Chromosomensätze, hat also insgesamt vier statt zwei Exemplare jedes Chromosoms. Für genetische Studien bedeutet das eine Herausforderung, denn es erschwert die Zuordnung der sequenzierten DNA-Abschnitte. Zwar waren bislang bereits mehrere Teilgenome des Arabica-Kaffees verfügbar. Unklar war jedoch, wie genau diese zusammenhängen und welche Abschnitte welchen Chromosomen zuzuordnen sind.

Mit einer modernen Sequenzierungsmethode, die es ermöglicht, längere Abschnitte des Genoms am Stück zu erfassen, hat ein Team um Simone Scalabrin vom italienischen Biotechnologieunternehmen IGA Technology Services in Udine nun erstmals ein vollständiges Genom des Arabica-Kaffees erstellt. Dabei erfassten die Forschenden auch bislang unzugängliche Regionen des genetischen Materials. Finanziert wurde die Studie unter anderem von den Kaffeeunternehmen Lavazza und Illycafè.

Geringe genetische Vielfalt

Übereinstimmend mit früheren Analysen stellten die Forschenden fest, dass Coffea arabica insgesamt eine sehr geringe genetische Vielfalt aufweist. Zugleich fanden sie jedoch eine Erklärung, warum der Arabica-Kaffee dennoch große Variationen bei den Eigenschaften und Aromen aufweisen kann: „In einer begrenzten Anzahl von Genomregionen steigt die Diversität bei einigen kultivierten Genotypen auf ein ähnliches Niveau wie bei einer der Vorläuferarten, Coffea canephora“, berichten Scalabrin und seine Kollegen. Die verschiedenen Arabica-Kultivare unterscheiden sich demnach in diesen wenigen Genregionen teils deutlich, obwohl ihr Erbgut ansonsten wenig Diversität aufweist.

Die Ursache dafür ist aus Sicht des Forschungsteams wahrscheinlich, dass im Laufe der jüngeren Geschichte des Arabica-Kaffees einige Gene einer anderen Hybridsorte ins Genom der Pflanze gelangt sind. Dabei handelt es sich um die sogenannte Timor-Hybride – eine Kreuzung aus Coffea arabica und Coffea canephora, die gegenüber mehreren Pflanzenkrankheiten resistent ist. Für den Arabica-Kaffee bedeuten diese Gene einerseits eine Quelle neuer genetischer Vielfalt. Andererseits warnt das Team: „Die entdeckten Veränderungen scheinen auf neuere Kontaminationsereignisse des heutigen Saatgutpools zurückzuführen zu sein. Sie könnten eine Gefahr für die genetische Reinheit darstellen, wenn neue Arabica-Plantagen mit sexuell vermehrtem Material aus diesen Quellen angelegt würden.“

Quellen der Variation

Zusätzlich ergründeten Scalabrin und sein Team die Ursprünge von beliebten Varietäten des Arabica-Kaffees, darunter Bourbon und Geisha. Wie konnten diese trotz der geringen genetischen Vielfalt entstehen? Die Genomanalysen zeigen, dass es einen genetischen Austausch zwischen einzelnen Chromosomen des Coffea arabica gab, sowohl kurz nach der Entstehung der Art als auch in neuerer Zeit. Auch weitere Veränderungen auf einzelnen Chromosomen ließen sich nachweisen, darunter gelöschte oder verdoppelte Abschnitte. „Diese Veränderungen könnten eine wesentliche Quelle der genetischen Variation bei einer so wenig variablen Art darstellen“, schreibt das Team.

Die Ergebnisse können den Forschenden zufolge dazu beitragen, neue Kaffeesorten zu entwickeln, die wünschenswerte Eigenschaften tragen, darunter Resistenzen gegen verbreitete Krankheiten oder ein besonderes Geschmacksprofil.

Quelle: Simone Scalabrin (IGA Technology Services, Udine, Italien) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-023-44449-8

© wissenschaft.de – Elena Bernard