Trang chủ
Bộ gen mới được giải mã của cây cà phê tiết lộ bí mật về sự tiến hóa của người bạn hóa học thân thiết đối với con người đó là cafein. Các nhà khoa học đã hoàn thành dự án cho biết, trình tự và vị trí của các gen trong cây cà phê cho thấy sự tiến hóa độc lập với các gen có chức năng tương tự trong trà và sô cô la. Nói cách khác, cà phê đã không thừa hưởng các gen tạo ra cafein từ một tổ tiên chung, nhưng thay vào đó cà phê phát triển các gen riêng của mình.
Những phát hiện này xuất hiện trong số báo ngày 05-9 trên tạp chí Khoa học (Science).
Tại sao lại lựa chọn cà phê?
Với hơn 2,25 tỷ tách cafe tiêu thụ hàng ngày trên toàn thế giới, cà phê là sản phẩm nông nghiệp chủ yếu của nhiều nước nhiệt đới. Theo ước tính của Tổ chức Cà phê Quốc tế- International Coffee Organization, hơn 8,7 triệu tấn cà phê được sản xuất vào năm 2013, doanh thu từ xuất khẩu lên tới 15,4 tỷ đô la năm 2009-2010, và nghành café đã tạo công ăn việc làm cho gần 26 triệu người trên 52 quốc gia vào năm 2010.
Theo Philippe Lashermes, một nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu Phát triển của Pháp (IRD) cho biết “Cà phê đối với những người phải thức dậy sớm mỗi ngày quan trọng giống như với nền kinh tế toàn cầu. Theo đó, một trình tự bộ gen có thể là một bước tiến quan trọng nhằm cải tiến cà phê. Bằng cách xem xét bộ gen của cà phê và các gen chỉ có trong cà phê, chúng tôi có thể rút ra một số kết luận về điều gì làm cho cà phê trở nên đặc biệt”.
Lashermes, cùng với Patrick Wincker và France Denoeud, các nhà khoa học gen tại Trung tâm Quốc gia Giả mã gen của Pháp (CEA-Genoscope), và Albert Victor, giáo sư khoa sinh học tại Đại học Buffalo, là những tác giả chính của nghiên cứu.
Các nhà khoa học từ các tổ chức khác, đặc biệt là Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Phát triển Quốc tế – Agricultural Research Center for International Development ở Pháp, cũng đã đóng góp một phần vào nghiên cứu cùng với các nhà nghiên cứu đến từ các tổ chức công và tư nhân ở Mỹ, Pháp, Ý, Canada, Đức, Trung Quốc, Tây Ban Nha, Indonesia, Brazil, Úc và Ấn Độ .
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra bản thảo chất lượng cao về bộ gen của giống café vối- Coffea canephora, chiếm khoảng 30 phần trăm sản lượng cà phê thế giới, theo Hiệp hội Cà phê Quốc gia có trụ sở tại Manhattan.
Tiếp theo, các nhà khoa học đã tìm hiểu tại sao cấu trúc gen của café lại có sự khác biệt.
So với một số loài thực vật khác bao gồm cả nho và cà chua, cà phê có chứa các họ gen có liên quan đến việc sản xuất các hợp chất alkaloid và flavonoid, góp phần vào tạo ra chất lượng như hương thơm và vị đắng của hạt cà phê.
Cà phê cũng có một bộ N-methyltransferases là các enzim có liên quan đến việc tạo ra chất cafein.
Sau khi xem xét kỹ hơn, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng enzim cafein trong cà phê có liên quan chặt chẽ với các gen khác trong cây cà phê hơn là cafein có trong trà và sô cô la.
Phát hiện này cho thấy việc sản xuất cafein trong cà phê phát triển độc lập. Nếu đặc điểm này được thừa hưởng từ một tổ tiên chung, các enzim của các loài sẽ giống nhau nhiều hơn.
“Bộ gen trong cà phê giúp chúng ta hiểu điều thú vị về cà phê- không phải là việc cà phê đánh thức chúng ta dậy vào buổi sáng”, Albert nói. “Bằng cách xem xét họ gen nào phát triển trong loại cây này, và mối quan hệ giữa cấu trúc gen của cà phê và các loài khác, chúng ta có thể tìm hiểu về con đường tiến hóa độc lập của cà phê, trong đó có câu chuyện thú vị về cafein.
Tại sao cà phê có vai trò rất quan trọng trong tự nhiên là một câu hỏi khác. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng hóa chất này có thể giúp các loại cây đẩy lùi côn trùng hoặc ngăn chặn sự phát triển của đối thủ cảnh tranh. Một nghiên cứu gần đây cho thấy rằng những vật thụ phấn như con người có thể giúp phát triển thói quen cafein. Côn trùng đã đến thăm cây tiết ra cafein thường xuyên quay trở lại để tìm hương vị khác.
Các nghiên cứu khoa học mới không cung cấp ý tưởng mới về vai trò tiến hóa của cafein, nhưng nghiên cứu củng cố ý tưởng cho rằng hợp chất này rất có giá trị.
Nghiên cứu cũng mang lại cơ hội giúp hiểu rõ hơn về sự tiến hóa của cấu trúc gen ở cà phê.
Wincker cho biết “Hóa ra, qua thời gian tiến hóa, bộ gen của cà phê không được tái tạo như trong họ hàng của nó: cà chua và ớt hạt tiêu. Thay vào đó, cà phê duy trì một cấu trúc tương tự như ở quả nho. Như vậy, phân nhánh tiến hóa của bộ gen cà phê nhiều khả năng do sự sao chép trong các họ gen cụ thể.
Điều này là trái ngược với những nhận định khác của các nhà nghiên cứu về những họ cây lớn khác, trong đó ghi nhận mối tương quan giữa sự đa dạng lớn của loài trong một nhóm và sự hiện diện của hai hay ba bộ gen.
“Cà phê nằm trong họ cây Rubiaceae, trong đó có khoảng 13.000 loài và họ lớn thứ tư thế giới, do đó, do không có sự trùng lặp trong bộ gen, có vẻ sự phá vỡ các khuôn mẫu của quá trình sao chép bộ gen đã tạo ra đa dạng sinh học cao”, Denoeud nói.