Des scientifiques découvrent des gènes communs qui défendent les plants de café contre des maladies dévastatrices

Le café Arabica est le café le plus important économiquement au monde et représente 60 % des produits à base de café dans le monde. Mais les plantes dont il est issu sont vulnérables à une maladie qui, dans les années 1800, a dévasté l’empire du café du Sri Lanka.

Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs codirigée par l’Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) a réalisé une percée qui aide à protéger les plantes Arabica (Coffea arabica) contre la maladie fongique appelée rouille des feuilles du caféier.

Les autres co-responsables de l’étudePublié dans Génétique naturellesont basés chez Nestlé, la plus grande entreprise mondiale de produits alimentaires et de boissons, à l’Université de Montpellier en France et à l’Université de Buffalo aux États-Unis.

Les scientifiques ont cartographié de manière très détaillée tout le matériel génétique – ou génomes – de l’Arabica et de deux plants de café apparentés. Cela a permis à l’équipe d’identifier une nouvelle combinaison de gènes partagés par les plantes résistantes à la rouille des feuilles du caféier. Grâce aux données sur les génomes, d’autres caractères utiles chez les caféiers peuvent également être identifiés.

La découverte des gènes de résistance ouvre la voie à une meilleure protection de la dose quotidienne des amateurs de café et au maintien du goût de haute qualité de leur boisson, soutenant ainsi une industrie employant des millions de travailleurs. Selon l’Organisation internationale du café, les moyens de subsistance de 125 millions de personnes dans le monde dépendent du commerce du café.

La rouille des feuilles du caféier a fait des ravages dans les pays producteurs de café et continue aujourd’hui de détruire les plantations de café. L’Agence des États-Unis pour le développement international a estimé qu’entre 2012 et 2014, une épidémie de rouille des feuilles du caféier a causé environ 1 milliard de dollars de dommages économiques en Amérique latine.

Le professeur adjoint Jarkko Salojarvi de l’École des sciences biologiques de NTU, qui a codirigé l’équipe de recherche, a déclaré : « Les séquences génomiques de haute qualité des trois espèces végétales, ainsi que les séquences génétiques candidates pour la résistance à la rouille des feuilles du caféier, constituent la pierre angulaire de en sélectionnant de nouvelles variétés de plantes Arabica plus adaptables au changement et plus résistantes aux maladies causées par des agents pathogènes comme les champignons.

Le projet a impliqué un vaste consortium de chercheurs et de sélectionneurs de café d’Australie, de Belgique, du Brésil, du Canada, de Chine, de Colombie, de Finlande, de France, d’Allemagne, d’Indonésie, d’Italie, des Pays-Bas, d’Afrique du Sud, d’Espagne, de Suisse, d’Ouganda et des États-Unis.

Le Dr Patrick Descombes, expert principal en génomique chez Nestlé Research et l’un des co-responsables de l’étude, a déclaré : « Bien qu’il existe d’autres références publiques pour l’Arabica, la qualité du travail de notre équipe est extrêmement élevée. des approches génomiques de pointe, y compris le séquençage à haut débit à lectures longues et courtes, pour créer la référence Arabica la plus avancée, la plus complète et la plus continue à ce jour.

Faible variabilité génétique

Les plantes Arabica ont une faible diversité génétique, ce qui les rend sensibles aux ravageurs et aux maladies. Les plantes cultivées ne possèdent généralement pas le trait génétique qui confère une résistance à la rouille des feuilles du caféier, causée par le champignon Hemileia Vastatrix.

Les champignons forment des taches jaune orangé sur les feuilles des plants de café, qui finissent par se faner et tomber. La perte de feuilles diminue la qualité et la quantité des baies des plantes récoltées pour la préparation du café.

Pour éviter un effacement potentiellement désastreux des plants d’Arabica dans le monde entier à cause de la rouille des feuilles du caféier, les scientifiques ont étudié les origines génomiques et l’historique de sélection de la plante.

Pour ce faire, ils ont cartographié les séquences génomiques très détaillées de l’Arabica et de deux plantes productrices de café apparentées, le Robusta (C. canephora) et C. eugenioides, qui sont les ancêtres modernes de l’Arabica.

Cela a été réalisé à l’aide de techniques avancées, à savoir la technologie haute fidélité PacBio pour séquencer l’ADN avec une grande précision, et la capture de conformation chromosomique à haut débit pour créer des cartes 3D détaillées de la façon dont les différents segments d’ADN interagissent. Les données sur les génomes sont Disponible publiquement.

L’analyse des scientifiques suggère que la résistance de l’Arabica à la rouille des feuilles du caféier a peut-être disparu lorsque les plants d’Arabica sont devenus largement cultivés, car tous les plants de café Arabica cultivés sont issus de la même souche avec très peu de variabilité génétique.

Cependant, un hybride d’Arabica et de Robusta résistant à la maladie a été trouvé sur l’île de Timor en 1927. Malheureusement, la résistance s’accompagne d’un compromis car l’hybride ne produit pas un café aussi bon que celui d’autres plantes Arabica.

Sans alternative, les descendants de la plante hybride Timor constituent toujours la base de toutes les variantes résistantes à la rouille des feuilles du caféier.

Des recherches antérieures ont découvert certains gènes qui confèrent potentiellement une résistance à la rouille des feuilles chez différents plants de café. Mais sans une carte du génome des différents plants de café, il était difficile d’identifier avec précision ces gènes et de déterminer s’ils étaient également présents dans d’autres plants de café, ce qui augmenterait les chances qu’ils codent pour la résistance. Le processus d’identification des gènes était également lent.

Cependant, grâce aux nouvelles recherches cartographiant de manière très détaillée les génomes de différents plants de café, l’identification des gènes de résistance sera plus rapide et plus précise.

En utilisant les informations génomiques des plantes, les chercheurs ont analysé les variétés de café cultivées les plus courantes, représentant environ 95 % de la production mondiale de café, et les ont comparées aux descendants de l’hybride Timor.

Cela leur a permis de trouver une région de séquences d’ADN commune parmi différents plants de café résistants à la rouille des feuilles, avec une nouvelle combinaison de gènes basés sur le Robusta qui peuvent transmettre une résistance aux plantes Arabica en général. Connaître l’existence de ces gènes partagés augmente considérablement la probabilité que ces séquences génétiques puissent effectivement se défendre contre la rouille des feuilles, et pourrait permettre aux sélectionneurs de les sélectionner lors de la culture de nouvelles variétés de café.

Grâce à leur analyse, les chercheurs ont également postulé que l’Arabica provenait d’un événement fortuit il y a 350 000 à 610 000 ans, lorsque les plantes Robusta et C. eugenioides ont été naturellement pollinisées de manière croisée pour créer les premières plantes Arabica à l’état sauvage.

Cette datation se situe entre les estimations précédentes, une plus ancienne plaçant l’événement fortuit à il y a seulement 20 000 ans, tandis que d’autres le repoussent à un million d’années. Les chercheurs ont déclaré que l’écart avec les chiffres antérieurs pourrait être dû aux changements historiques dans la taille des populations de plantes sauvages et cultivées, ainsi qu’aux différentes sources et à la quantité limitée de données utilisées.

En comparant les séquences génomiques de haute qualité de l’Arabica avec celles du Robusta et du C. eugenioides, l’équipe de recherche a découvert que les trois espèces sont toujours très similaires sur le plan génétique. Cela suggère que pour les futurs programmes de sélection visant à garantir que les plants d’Arabica soient résistants aux maladies, les sélectionneurs peuvent envisager d’utiliser d’autres espèces de café apparentées, telles que le Robusta et le C. eugenioides.

Utiliser uniquement des plants d’Arabica pour sélectionner le caractère de résistance est problématique car l’étude a révélé que même les variétés sauvages d’Arabica, et pas seulement celles cultivées, ont une très faible diversité génétique, ce qui rend plus difficile la sélection pour la résistance aux maladies.

« La faible diversité génétique des plantes Arabica modernes cultivées et sauvages constitue un obstacle à leur sélection à l’aide de variétés sauvages de plantes. Mais les similitudes étroites trouvées entre les plantes Arabica, Robusta et C. eugenioides sont susceptibles de faciliter l’introduction de caractères intéressants de les deux derniers en Arabica », a déclaré le professeur adjoint Salojarvi.

Les séquences génomiques très détaillées cartographiées pour les trois plants de café signifient également que d’autres caractéristiques utiles pourraient être identifiées à l’avenir, telles que la résilience à la sécheresse, un meilleur rendement des cultures et des grains de café plus aromatiques.

Ces caractéristiques peuvent être identifiées à l’aide de marqueurs génétiques, qui peuvent être utilisés pour prédire les performances futures des plants de café, au lieu d’attendre des années que les plantes mûrissent et portent des baies pour le découvrir.

Étant donné que l’hybride résistant à la rouille des feuilles du Timor ne produit pas un café aussi bon que celui des plantes Arabica habituelles, les données génomiques compilées fournissent désormais aux chercheurs une voie rapide pour sélectionner de nouvelles plantes résistantes aux maladies qui conservent toujours leur aspect sublime, lisse et le goût sucré de l’Arabica apprécié par les amateurs de café du monde entier.