Genome và genomics quần thể cà phê Coffea arabica đa bội lệch, minh chứng lịch sử tiến hóa đa dạng của giống cà phê chè cao sản hiện nay

 Genome và genomics quần thể cà phê Coffea arabica đa bội lệch, minh chứng lịch sử tiến hóa đa dạng của giống cà phê chè cao sản hiện nay

Nguồn: Jarkko Salojärvi, Aditi Rambani, Zhe Yu, Romain Guyot, Susan Strickler, Maud Lepelley, Cui Wang, Sitaram Rajaraman, Pasi Rastas, Chunfang Zheng, Daniella Santos Muñoz, João Meidanis, Alexandre Rossi Paschoal, Yves Bawin, Trevor J. Krabbenhoft, Zhen Qin Wang, Steven J. Fleck, Rudy Aussel, Laurence Bellanger, Aline Charpagne, Coralie Fournier, Mohamed Kassam, Gregory Lefebvre, Sylviane Métairon, Déborah Moine, Michel Rigoreau, Jens Stolte, Perla Hamon, Emmanuel Couturon, Christine Tranchant-Dubreuil, Minakshi Mukherjee, Tianying Lan, Jan Engelhardt, Peter Stadler, Samara Mireza Correia De Lemos, Suzana Ivamoto Suzuki, Ucu Sumirat, Ching Man Wai, Nicolas Dauchot, Simon Orozco-Arias, Andrea Garavito, Catherine Kiwuka, Pascal Musoli, Anne Nalukenge, Erwan Guichoux, Havinga Reinout, Martin Smit, Lorenzo Carretero-Paulet, Oliveiro Guerreiro Filho, Masako Toma Braghini, Lilian Padilha, Gustavo Hiroshi Sera, Tom Ruttink, Robert Henry, Pierre Marraccini, Yves Van de Peer, Alan Andrade, Douglas Domingues, Giovanni Giuliano, Lukas Mueller, Luiz Filipe Pereira, Stephane Plaisance, Valerie Poncet, Stephane Rombauts, David Sankoff, Victor A. Albert, Dominique Crouzillat, Alexandre de Kochko & Patrick Descombes. 2024. The genome and population genomics of allopolyploid Coffea arabica reveal the diversification history of modern coffee cultivars. Nature
Genetics volume 56, pages721–731.

 

Coffea arabica là con lai có tính chất tứ bội lệch (allotetraploid hybrid) giữa loài hoang dại Coffea eugenioides và loài Coffea canephora, đây là nguồn di truyền được khai thác cung cấp 60% sản lượng cà phê trên toàn thế giới, Những mẫu giống cà phê trồng đã và đang trải qua nhiều điểm nghẽ trong quần thể (population bottlenecks). Một công trình khoa học rất lớn quy tụ nhiều tác giả, được công bố trên tạp chí khoa học uy tín bậc nhất thế giới “Nature Genetics”; người ta tiến hành sắp xếp tổng thể ở mức độ nhiễm sắc thể (chromosome-level assemblies) của các mẫu giống cà phê chè “di-haploid C. arabica”  và mẫu giống tiến bộ đặc trưng của những tổ tiên lưỡng bội (diploid progenitors), C. eugenioides và C. canephora. Ba loài này biểu thị cấu trúc hệ gen bảo thủ trên diện rộng giữa những bố mẹ lưỡng bội  và những descendant subgenomes (hệ gen phụ của hậu duệ), không có tính trội rõ ràng của subgenome trên toàn cầu. Người ta tìm thấy minh chứng đối với sự kiện đa bội thể vào 350.000–610.000 năm trước, theo sau là nhiều nút thắt của thời kỳ tiền thuần hóa (pre-domestication bottlenecks), làm cho biến thiên di truyền khá hẹp (narrow genetic variation). Đã có sự phân chia giữa các mẫu vật liệu hoang dã và nguồn cà phê tổ tiên của giống trồng trọt (cultivar progenitors) đã diễn ra vào khoảng 30,5 nghìn năm trước, theo sau là giai đoạn du nhập (migration) giữa hai quần thể ấy. Phân tích các mẫu giống cà phê chè cao sản, bao gồm các dòng cà phê du nhập trong lịch sử với loài C. canephora, phác họa những câu chuyện lịch sử của chọn tạo giống và những loci có thể điều khiển tính trạng kháng sự xâm nhiễm của pathogen gây bệnh, đặt nền tảng kiến thức cho chọn giống trên cơ sở genomics tương lai của giống cà phê chè C. arabica.

 

Xem https://www.nature.com/articles/s41588-024-01695-w

 

Hình: Những hợp phần của synteny (sự tương đồng hệ gen), sự phân chia and sự mất gen của C. arabica và những loài cây tổ tiên C. canephora và C. eugenioides.

 

1. Sự tương ứng của những “syntenic blocks” giữa CA subgenomes: đó là sub CC (vàng cam), subEE (xanh dương), với hệ gen CC (vàng cam), genome CE (xanh dương).
2. Những cặp base trong điều tra “intergenic DNA” thuộc phần thiếu của “synteny block” được tạo ra bởi sự phân chia (fractionation) trong subCC–subEE, so sánh với số cặp base của vùng đồng hợp tử không phân chia (homoeologous unfractionated regions), như chức năng của một số gen liên tục bị mất đi.
3. Tỷ lệ lưu giữ gen trong các “synteny blocks” vẽ theo subCC trên nhiễm sắc thể 2; subCC được vẽ thành đốm màu cam và subEE màu xanh dương. Hộp màu xanh lá cây tượng trưng cho vùng có tính chất “pericentromeric” (vùng lân cận tâm động).

 

Viết tắt của CA là C. arabica; CC là C. canephora; CE là C. eugenioides.