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云之南

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专业背景:计算机科学 研究方向与兴趣: JavaEE-Web软件开发, 生物信息学, 数据挖掘与机器学习, 智能信息系统 目前工作: 基因组, 转录组, NGS高通量数据分析, 生物数据挖掘, 植物系统发育和比较进化基因组学

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咖啡基因组草图绘制完成  

2014-09-23 13:48:49|  分类: 遗传与基因组学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/2014917115929534465.shtm?id=34465

你手中的一杯咖啡可能经历了两次进化。科学家日前发表了咖啡的基因组测序结果,这项研究揭示了咖啡树利用一套与在茶、可可豆以及其他让人兴奋的植物中发现 的基因完全不同的机制合成出了咖啡因。研究人员指出,咖啡的第一份基因组草图揭示了咖啡因在咖啡中的演化历史,也有助于培育风味更佳、可抵抗气候变化与害 虫的咖啡新品种。

全球大约有1100万公顷的土地种植咖啡树,而全世界每天大约要消耗超过20亿杯咖啡饮料。

全世界的咖啡大致是由分别被称为罗布斯塔咖啡豆和阿拉伯咖啡豆的两种咖啡豆研磨、烘烤和发酵,并最终酿造得来的。

一个国际研究小组如今在罗布斯塔咖啡基因组中鉴别出了超过25000种蛋白质合成基因。罗布斯塔咖啡约占全球咖啡总产量的1/3,大部分用于速溶咖啡品牌的生产,例如雀巢咖啡。

阿拉伯咖啡则包含有较少的咖啡因,但较低的酸性和苦味使这种饮品在咖啡爱好者中大受青睐。

而研究人员之所以选择罗布斯塔咖啡进行测序是因为这种咖啡的基因组比阿拉伯咖啡的基因组更为简单。

咖啡因的进化远远早于缺乏睡眠的人们沉迷于咖啡之前,这或许是为了帮助咖啡树免遭天敌的侵袭以及获得其他益处。例如,咖啡叶中包含的咖啡因比咖啡树中其他部位的咖啡因含量都高,而当这些叶子掉落到地面上时,能够阻止其他植物在咖啡树附近生长。

参与该项测序研究的美国纽约州水牛城大学基因组学家Victor Albert表示:“咖啡因还能使传粉者上瘾,从而使得它们想要回来传播更多的花粉,就像我们人类对咖啡上瘾一样。”

研究人员在9月4日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。

在这项研究中,科学家还找到了使咖啡与其他植物区分开来的基因家族,正是这些基因让咖啡因的含量在咖啡树中名列榜首。研究人员发现,这些基因编码了甲基转 移酶,后者能够通过在3个步骤中增加甲基团从而将一种黄嘌呤核苷分子转化为咖啡因。相比之下,茶和可可豆则利用与研究人员在罗布斯塔咖啡中鉴别出的甲基转 移酶不同的酶合成咖啡因。

Albert认为,这一发现表明,植物制造咖啡因的能力至少进化了两次,一次发生在咖啡树的祖先那里,另一次则出现在茶与可可豆的共同祖先之中。

研究人员说,和葡萄、西红柿等其他植物相比,咖啡的基因更易生成生物碱和类黄酮,这两种物质与咖啡的香味和苦味等密切相关。咖啡还有更多的N-甲基转移酶,这是涉及咖啡因合成的物质。

研究人员表示,这一基因测序结果将能够用来鉴别帮助咖啡树战胜疾病(例如咖啡锈病)的基因,同时应对气候变化。

《科学》杂志同时配发的一篇文章强调,在全球咖啡类植物的多样性出现下降趋势的背景下,有必要把咖啡基因组转变为帮助咖啡培育的新工具。科学家们必须分享香味及风味等特征的数据,与出口咖啡的发展中国家展开国际合作,培育咖啡新品种。

研究人员表示,通过对制造咖啡因的基因进行灭活还可以用来制造一种更美味的无咖啡因咖啡。一种经过转基因处理的不含咖啡因的咖啡栽培品种将在无法忍受咖啡 味道的人群中大受欢迎。目前去除咖啡因的过程包括化学处理,而这也会影响咖啡的味道。Albert表示:“我必须每天早上喝杯咖啡,但是白天我通常不喝, 因为它会让我颤抖。”

据国际咖啡组织估计,2013年,全世界生产87亿吨咖啡,为50多个咖啡出口国解决了近2600万人的就业问题,并给这些国家创造了154亿美元的收入
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