Il genoma recentemente sequenziato della pianta del caffè ci rivela i segreti sull'evoluzione del migliore amico chimico dell'uomo: la caffeina.

Gli scienziati che hanno completato il progetto dicono che le sequenze e le posizioni dei geni della pianta del caffè dimostrano che si sono evoluti in modo indipendente dai geni con funzioni simili del tè e della cioccolata, anch'essi fonte di caffeina.

In altre parole, il caffè non ha ereditato i geni legati alla caffeina da un antenato comune, ma ha invece sviluppato per conto suo tali geni. La ricerca è apparsa sulla rivista Science il 5 Settembre.

Perché il caffè?

Con più di 2,25 miliardi di tazze consumate ogni giorno in tutto il mondo, il caffè è il principale prodotto agricolo di molti paesi tropicali. Secondo le stime dell'Organizzazione Internazionale del Caffè, nel 2013 sono state prodotte più di 8,7 milioni di tonnellate di caffè; le entrate da esportazioni sono ammontate a 15,4 miliardi di dollari nel 2009-2010, e il settore impiegava quasi 26 milioni di persone in 52 paesi nel 2010.

"Il caffè è importante tutti i giorni per i mattinieri come lo è per l'economia globale. Di conseguenza, una sequenza del genoma potrebbe essere un passo significativo verso il miglioramento del caffè", ha dichiarato Philippe Lashermes, ricercatore dell'Istituto Francese di Ricerca per lo Sviluppo (IRD). "Osservando il genoma del caffè e i geni specifici del caffè, siamo riusciti a trarre alcune conclusioni su ciò che rende speciale il caffè".

Lashermes, Patrick Wincker e France Denoeud, scienziati del genoma del French National Sequencing Center (CEA-Genoscope), e Victor Albert, professore di scienze biologiche dell'Università di Buffalo, sono i principali autori dello studio. Hanno contribuito scienziati provenienti da altre organizzazioni, in particolare dal Centro di Ricerca Agricolo per lo Sviluppo Internazionale in Francia, insieme ai ricercatori di organizzazioni pubbliche e private negli Stati Uniti, Francia, Italia, Canada, Germania, Cina, Spagna, Indonesia, Brasile, Australia e India.

Il team ha creato una prima stesura di alta qualità del genoma del Coffea canephora, che rappresenta circa il 30 per cento della produzione di caffè del mondo, secondo la National Coffee Association con sede a Manhattan. In seguito gli scienziati hanno esaminato quanto la costituzione genetica del caffè sia distinta da altre specie.

Rispetto a molte altre specie di piante, tra cui l'uva e il pomodoro, il caffè ospita grandi famiglie di geni legate alla produzione di composti alcaloidi e flavonoidi, che contribuiscono a formarne le caratteristiche come l'aroma e l'amarezza dei chicchi. Il caffè ha anche una collezione estesa di N-metiltransferasi, gli enzimi coinvolti nella produzione di caffeina.

Nel dare un'occhiata più da vicino, i ricercatori hanno scoperto che gli enzimi della caffeina del caffè sono collegati più strettamente ad altri geni all'interno della pianta del caffè rispetto agli enzimi caffeinici del tè e del cioccolato. Questa scoperta suggerisce che la produzione di caffeina si è sviluppata in modo indipendente nel caffè. Se questa caratteristica fosse stata ereditata da un antenato comune, gli enzimi sarebbero stati più simili tra le specie.

"Il genoma del caffè ci aiuta a capire che cosa è interessante nel caffè, oltre a quello che mi sveglia la mattina", ha detto Albert. "Esaminando quali famiglie di geni si sono espanse nella pianta, e il rapporto tra la struttura del genoma del caffè e quella di altre specie, siamo riusciti a capire il percorso indipendente del caffè nell'evoluzione, compresa - interessante - la storia della caffeina".

Perché la caffeina sia così importante in natura è un'altra questione. Gli scienziati teorizzano che la sostanza chimica possa aiutare le piante a respingere gli insetti o a impedire la crescita dei concorrenti. Un recente lavoro ha dimostrato che gli impollinatori - come gli esseri umani - possono sviluppare una dipendenza dalla caffeina. Gli insetti che hanno visitato le piante che producono caffeina spesso vi tornano per farsi un altro assaggio.

Il nuovo studio su Science non offre nuove idee sul ruolo evolutivo della caffeina, ma rafforza l'idea che il composto è un bene prezioso. Esso offre anche la possibilità di comprendere meglio l'evoluzione della struttura del genoma del caffè. "Si scopre che, nell'arco dell'evoluzione, il genoma del caffè non si è triplicato come nei suoi parenti: il pomodoro e il pepe chile", ha detto Wincker. "Invece ha mantenuto una struttura simile a quello dell'uva. Come tale, la diversificazione evolutiva del genoma del caffè probabilmente è stata guidata più da duplicazioni in particolari famiglie di geni rispetto al genoma complessivo, quando tutti i geni in esso si duplicano".

Questo contrasta con ciò che è stato suggerito per diverse altre grandi famiglie di piante, dove altri ricercatori hanno notato correlazioni tra l'alta diversità delle specie in un gruppo e la presenza di raddoppi o triplicazioni dell'intero genoma. "Il caffè si trova nella famiglia delle Rubiacee, che conta circa 13.000 specie ed è la quarta nel mondo per grandezza; quindi, senza duplicazione del genoma alla radice, esso sembra rompere la matrice del collegamento con la duplicazione del genoma nell'elevata biodiversità", ha detto Denoeud.

La ricerca è stata finanziata dall'Agenzia Nazionale di Ricerca francese; dall'Australian Research Council; da Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada; dal CNR-ENEA Agrifood Project of Italy; da Funding Authority for Studies and Projects (FINEP Qualicafe) of Brazil; dal National Institutes of Science and Technology (INCT Cafe) of Brazil; dalla U.S. National Science Foundation; dal College of Arts and Sciences della University at Buffalo; e dal gentile supporto di scienziati del Research and Development Center della Nestlè a Tours in France.

Fonte: Cory Nealon in University at Buffalo  (>English text) - Traduzione di Franco Pellizzari

Riferimenti: France Denoeud et al. The coffee genome provides insight into the convergent evolution of caffeine biosynthesis. Science, September 2014 DOI: 10.1126/science.1255274

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