World Coffee Research wyjaśnia, w jaki sposób baza danych genetycznych odcisków palców Arabiki radykalnie obniży koszty identyfikacji odmian kawy i identyfikowalności genetycznej.

Podobnie jak odmiany wina Pinot Noir lub Cabernet Sauvignon, Bourbon, Pacamara i Geisha są używane nie tylko jako opisy odmian kawy, ale także jako terminy marketingowe.

Aby docenić konkretne odmiany kawy Arabica, firma World Coffee Research (WCR) udostępniła bazę danych genetycznych odcisków palców kawy Arabica, która sprawi, że weryfikacja odmian będzie tańsza i prostsza.

„Weryfikacja odmian kawy jest ważna dla zapewnienia kontroli jakości materiału roślinnego dostępnego dla rolników na całym świecie. WCR udostępnia bazę danych społeczności naukowej, dzięki czemu laboratoria publiczne i prywatne mogą z niej korzystać w celu weryfikacji odmian”, mówi Hanna Neuschwander, dyrektor ds. strategii i komunikacji WCR.

„To wyjątkowe osiągnięcie wprowadza nową technologię do kawy, która radykalnie obniża koszty kontroli jakości i zapewnia przyszłość kawy wysokiej jakości”.

Naukowiec WCR w dziedzinie hodowli roślin i genomiki, dr Santos Barrera, twierdzi, że wcześniejsze badania WCR potwierdziły potrzebę stosowania takich narzędzi w celu lepszego wspierania kontroli jakości w partiach nasion i szkółkach.

„Dostrzegliśmy potrzebę opracowania bazy danych odcisków palców i stworzyliśmy punkt odniesienia dla branży kawowej. Jeśli na przykład odmiana rzekomo odporna na choroby okaże się podatna na wyniszczające infekcje, może to mieć katastrofalne konsekwencje ekonomiczne dla rolnika” – mówi Barrera.

Określenie składu genetycznego rośliny – konkretnej odmiany, zwanej inaczej genotypem – jest ważne na wielu etapach rolniczych łańcuchów dostaw. Ta baza danych genetycznych odcisków palców Arabiki wykorzystuje 45 markerów molekularnych polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (SNP) – drobnych zmian genetycznych rozproszonych w sekwencji DNA rośliny – w celu stworzenia unikalnego genetycznego odcisku palca dla 23 najczęściej rozpoznawanych odmian kawy w komercyjnej produkcji kawy w Ameryce Łacińskiej .

„SNP to w zasadzie narzędzie molekularne służące do pomiaru różnic genetycznych między jednostkami. Niewielkie różnice we wzorach mówią nam, kto jest kim” – mówi Neuschwander.

Neuschwander twierdzi, że markery SNP można analizować szybciej niż inne markery genetyczne.

„Aby zbudować bazę danych weryfikacji odmian taką jak ta, trzeba przetestować wiele drzew – nie tylko jedno czy dwa drzewa każdego typu, ale setki lub tysiące – w celu określenia, z którymi wzorcami SNP są powiązane, na przykład: Bourbon kontra gejsza kontra Pacamara i tak dalej. Musisz znaleźć wzór, który identyfikuje tę konkretną odmianę i odróżnia ją od innej. Tym właśnie zajmuje się baza danych” – mówi.

„Jeśli laboratorium badawcze dysponuje technologią pozwalającą na pobranie próbki DNA z rośliny kawy i „odczytanie” SNP z tej próbki, mogłoby wykorzystać bazę danych do dopasowania SNP do konkretnej odmiany kawy, określając jej genotyp”.

Neuschwander twierdzi, że jednym z najważniejszych zastosowań bazy danych jest rozwój taniego uwierzytelniania odmian w celu wsparcia rozwijającego się sektora nasion kawy.

„Podobne narzędzia są szeroko stosowane w przypadku innych upraw przez producentów nasion, handlarzy nasionami i producentów żywności, ale do tej pory narzędzia te były zbyt drogie lub niepraktyczne, aby można było ich używać do kawy na szeroką skalę” – mówi Neuschwander.

Barrera twierdzi, że w przypadku kawy obecnie dominującym sposobem identyfikacji odmian jest identyfikacja morfologiczna.

„Uwierzytelnienie morfologiczne obejmuje identyfikację struktury i formy rośliny” – innymi słowy, kontrolę wzrokową. „To podejście jest jednak znacznie mniej dokładne niż identyfikacja genetyczna” – mówi.

„Istnieją inne typy markerów molekularnych, takie jak proste powtórzenia sekwencji (SSR) lub markery mikrosatelitarne, które można wykorzystać do identyfikacji genetycznej. Są one bardzo skuteczne w analizie różnorodności, ale bardzo drogie, ich cena wynosi około 130 dolarów za próbkę. Markery SNP są dokładniejsze pod względem uwierzytelniania i znacznie tańsze, kosztują około 10 dolarów za próbkę”.

Neuschwander twierdzi, że przetwarzanie próbki odmiany kawy wymaga użycia dziurkacza w celu uzyskania niewielkiej ilości tkanki liścia, która jest wysyłana do laboratorium w celu analizy. Stamtąd tkanka jest mielona i umieszczana w maszynie, która izoluje DNA.

„Powiedzmy, że właściciel plantacji nasion kawy chce sprawdzić czystość genetyczną swoich drzew, aby upewnić się, że są to prawidłowe odmiany. Zbierają małe kawałki liści drzew, które chcą uwierzytelnić, i wysyłają je do laboratorium genotypującego. Z próbek liści ekstrahuje się DNA i odczytuje profil SNP. Następnie porównuje się odcisk palca SNP próbki ze znanym odciskiem palca SNP danej odmiany. Kiedy odciski palców się zgadzają, można potwierdzić odmianę” – mówi.

„Dość powszechne jest stosowanie SNP w innych grupach roślin, ponieważ jest to metoda „szybsza, tańsza i lepsza”. Teraz, gdy ta baza danych jest dostępna dla sektora kawowego, stanowi to przełom, który pozwala na bardziej precyzyjną i opłacalną identyfikowalność genetyczną”.

Zespół hodowlany WCR opracował bazę danych, kierowany przez naukowców z WCR zajmujących się hodowlą roślin i genomiką, dr. Jorge Berny i Barrera. Baza danych opiera się na panelu markerów SNP opracowanym przez genetyka badawczego dr Dapenga Zhanga z Służby Badań Rolniczych Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA).

„Referencyjna baza danych została sprawdzona i udoskonalona przez WCR na podstawie ponad 30 000 próbek liści z drzew w sześciu krajach, w tym w Gwatemali, Hondurasie, Salwadorze, Nikaragui, Kostaryce i Peru, w latach 2021–2023” – mówi Barrera.

Wiele instytucji ułatwiło dostęp do próbek liści wykorzystanych do utworzenia i walidacji bazy danych, w tym Centrum Badań nad Rolnictwem Tropikalnym i Szkolnictwa Wyższego, Instituto del Cafe de Costa Rica, Hondurasski Instytut Kawy i Gwatemalskie Krajowe Stowarzyszenie Kawy. Prace sfinansował program USDA Foreign Agricultural Service Maximizing Opportunities in Coffee and Cacao in the Americas (MOCCA).

„Zamysł jest taki, że każde laboratorium może wykorzystać bazę danych do identyfikacji odmian bez konieczności analizowania danych przez genetyka lub hodowcę. Jeśli nie masz możliwości zbudowania własnego laboratorium genotypowania i sfinansowania sprzętu laboratoryjnego, możesz po prostu wysłać próbki do laboratoriów komercyjnych w USA lub Europie” – mówi Barrera.

WCR planuje dodać odciski palców dla dodatkowych odmian w nadchodzących miesiącach i latach.

Aby zapewnić społeczności kawowej natychmiastowy dostęp do tej usługi, WCR współpracowało ze szwedzką firmą Intertek AgriTech w celu sprawdzenia i udoskonalenia bazy danych i protokołów technicznych. Od tego czasu Intertech Agritech uruchomił masową usługę testów laboratoryjnych, skierowaną głównie do partii nasion, szkółek i programów badawczych dotyczących kawy. Zwykle wymagają co najmniej 376 próbek. Intertek AgriTech to laboratorium zapewnienia jakości posiadające certyfikat ISO, które świadczy usługi laboratoryjne dla światowego sektora rolnego.

„Teraz, gdy WCR udostępnia publicznie bazę danych, może ona być również wykorzystywana przez innych dostawców w celu opracowania własnych usług w zakresie badań DNA” – mówi Neuschwander.

„Jeśli prowadzisz szkółkę i chcesz sprawdzić, czy sprzedajesz odmianę, za którą się uważasz, musisz mieć możliwość wysłania gdzieś próbek i ich weryfikacji. Dzięki tej bazie danych usługi te są możliwe i tańsze nie tylko dla dużej prywatnej firmy nasiennej, ale także dla krajowego instytutu badawczego zajmującego się kawą, który może chcieć przetestować partie nasion własnej krajowej odmiany”.

Neuschwander twierdzi, że ten publiczny panel referencyjny markerów genetycznych opartych na SNP stanowi kluczowe narzędzie i krok naprzód dla branży kawowej w zakresie uwierzytelniania odmian, zmniejszania ryzyka i zwiększania wartości dla rolników. Mówi, że przykład wpływu, jaki takie narzędzie może mieć na produkcję kawy na dużą skalę, można znaleźć w Salwadorze.

„Rząd Salwadoru realizuje krajowy plan renowacji, którego celem jest produkcja i dystrybucja ponad 150 milionów roślin w ciągu następnej dekady w ramach swojego zaangażowania na rzecz rewitalizacji krajowego sektora kawowego. Oczekuje się, że zakłady te wyprodukują od 1,8 do 2 milionów worków zielonej kawy przeznaczonej na eksport, stymulując gospodarkę kraju i zapewniając źródła utrzymania producentom w całym kraju” – mówi Neuschwander.

„Ten panel SNP służy do sprawdzania autentyczności drzew, które planuje dystrybuować wśród rolników, aby mieć pewność, że są to odmiany o wysokiej wydajności, wybrane tak, aby spełniły ambitne cele produkcyjne kraju. WCR jest podekscytowane możliwością bycia partnerem w tych działaniach mających na celu utrzymanie dostaw wysokiej jakości fasoli z Salwadoru.