种植能够在未来几十年更好地抵御气候变化的咖啡树的关键可能在于古老的过去。由布法罗大学共同领导的研究人员创建了他们所说的迄今为止世界上最受欢迎的阿拉比卡咖啡品种最高质量的参考基因组，揭示了其跨越数千年和各大洲的谱系秘密。
他们发表在《自然遗传学》上的研究结果表明，阿拉比卡咖啡是在60万多年前通过其他两种咖啡品种之间的自然交配在埃塞俄比亚的森林中形成的。研究发现，数千年来，随着地球的加热和冷却时期，阿拉比卡咖啡的数量不断增加和减少，最终在埃塞俄比亚和也门种植，然后传播到全球。
该研究的共同通讯作者说：“我们利用当今活着的植物的基因组信息来回溯过去，尽可能准确地描绘阿拉比卡咖啡的悠久历史，并确定现代栽培品种之间的关系。”VictorAlbert博士，布法罗大学艺术与科学学院生物科学系帝国创新教授。
像星巴克和TimHortons这样的咖啡巨头专门使用阿拉比卡咖啡豆来酿造他们每天供应的数百万杯咖啡，然而，部分由于近亲繁殖历史和种群规模较小导致遗传多样性较低，阿拉比卡咖啡很容易受到许多病虫害，只能在世界上少数病原体威胁较低且气候条件更有利的地方种植。
“详细了解当代品种的起源和育种历史对于开发更好地适应气候变化的新阿拉比卡品种至关重要，”阿尔伯特说。
利用尖端DNA测序技术和先进数据科学完成的新参考基因组，该团队能够对39个阿拉比卡品种甚至瑞典博物学家CarlLinnaeus用于命名该物种的18世纪标本进行测序。
参考基因组现已在公开数字数据库中提供。
“虽然确实存在其他关于阿拉比卡咖啡的公开参考资料，但我们团队的工作质量非常高，”该研究的共同领导者之一、雀巢研究中心基因组学高级专家帕特里克·德斯科姆(PatrickDescombes)说道。“我们使用最先进的基因组学方法——包括长读长和短读高通量DNA测序——创建了迄今为止最先进、完整和连续的阿拉比卡参考基因组。”
人类最喜爱的咖啡是在没有人类帮助的情况下进化而来的
阿拉比卡咖啡是世界上约60%的咖啡产品的来源，其种子帮助数百万人开始新的一天或熬夜。然而，创造它的最初杂交是在没有人类任何干预的情况下完成的。
阿拉比卡咖啡是Coffeacanephora和Coffeaeugenioides之间的自然杂交形成的，因此它从每个亲本获得了两组染色体。科学家们很难准确地确定这一异源多倍化事件发生的时间和地点，估计发生在10,000到100万年前。
为了寻找原始事件的证据，布法罗大学的研究人员及其合作伙伴通过计算建模程序运行了各种阿拉比卡咖啡基因组，以寻找该物种基础的特征。
这些模型显示了阿拉比卡咖啡历史上的三个人口瓶颈，最古老的瓶颈发生在大约29,000代人(即610,000年前)。研究人员表示，这表明阿拉比卡咖啡的形成时间早于61万年至100万年前。
“换句话说，创造阿拉比卡咖啡的杂交并不是人类所做的，”阿尔伯特说。“很明显，这种多倍体事件早于现代人类和咖啡种植。”
长期以来，人们一直认为咖啡树是在埃塞俄比亚发展起来的，但该团队在从非洲东南部延伸到亚洲的东非大裂谷周围收集的品种显示出明显的地理划分。研究的野生品种均起源于西侧，而栽培品种均起源于最靠近分隔非洲和也门的曼德海峡的东侧。
这与咖啡种植可能主要始于15世纪左右的也门的证据相一致。据信，印度僧侣巴巴·布丹(BabaBudan)在1600年左右将传说中的“七粒种子”从也门走私出来，建立了印度阿拉比卡品种，并为今天咖啡的全球影响力奠定了基础。
“看起来也门咖啡的多样性可能是当前所有主要品种的创始人，”德斯科姆说。“咖啡不是像玉米或小麦那样经过大量杂交来创造新品种的作物。人们主要选择他们喜欢的品种，然后种植它。所以我们今天拥有的品种可能已经存在很长时间了。”
气候如何影响阿拉比卡咖啡的人口
由于对人类起源的研究，东非的地理气候历史得到了充分记录，因此研究人员可以将气候事件与野生和栽培阿拉比卡咖啡种群随时间的变化进行对比。
模型显示，20至10万年前，人口规模处于长期低水平，这与据信40至7万年前该地区遭受的长期干旱和凉爽气候大致相符。然后，在大约6-15,000年前的非洲潮湿时期，人口数量开始增加，当时的生长条件可能更为有利。
大约在3万年前的同一时期，野生品种和最终被人类栽培的品种相互分裂。
新加坡南洋理工大学助理教授贾科·萨洛耶尔维(JarkkoSalojärvi)表示：“它们偶尔仍会相互繁殖，但很可能在非洲湿润期末期以及大约8,000至9,000年前海平面上升导致海峡扩大时停止。”新加坡与另一位共同通讯作者的作品。
遗传多样性低威胁阿拉比卡咖啡
据估计，栽培阿拉比卡咖啡豆的有效种群规模仅为10,000至50,000只。它的遗传多样性较低，意味着它可能会像单一栽培的卡文迪什香蕉一样，被咖啡叶锈病等病原体彻底消灭，每年造成1-20亿美元的损失。
参考基因组能够更多地揭示阿拉比卡品种的一个品系如何获得对这种疾病的强大抵抗力。
帝汶品种在东南亚形成，是阿拉比卡咖啡与其亲本之一中咖啡的自发杂交。该品种也称为罗布斯塔，主要用于速溶咖啡，比阿拉比卡更能抵抗疾病。
“因此，当罗布斯塔与帝汶的阿拉比卡杂交时，它也带来了一些病原体防御基因，”艾伯特说，他也在2014年共同领导了罗布斯塔基因组测序。Albert和合作者目前的工作还展示了罗布斯塔基因组的高度改进版本，以及阿拉比卡咖啡的其他祖先物种Coffeaeugenioides的新序列。
虽然育种者尝试复制这种杂交来增强病原体防御，但新的阿拉比卡参考基因组使目前的研究人员能够查明一个包含RPP8抗性基因家族成员以及抗性基因通用调节因子CPR1的新区域。
Salojärvi说：“这些结果表明，有一个新的靶位点可能会提高阿拉比卡咖啡的病原体抵抗力。”
基因组还提供了其他新发现，例如哪些野生品种最接近现代栽培阿拉比卡咖啡。他们还发现，Typica品种是一种起源于印度或斯里兰卡的早期荷兰品种，很可能是主要由法国人种植的波本品种的亲本。
“我们的工作与重建一个非常重要的家庭的家谱没有什么不同，”阿尔伯特说。