要想在未來幾十年裏種植出能更好地抵禦氣候變遷的咖啡植物，關鍵可能在於古老的過去。水牛城大學（University at Buffalo）的研究人員共同建立了迄今為止世界上最受歡迎的咖啡品種阿拉比卡（Arabica）的最高品質參考基因組，揭開了其跨越千年和各大洲的世系秘密。
他們的研究結果發表在4月15日的【自然-遺傳學】（Nature Genetics）雜誌上，結果表明阿拉比卡咖啡是60多萬年前在衣索比亞的森林中透過其他兩個咖啡物種之間的自然雜交發展起來的。研究發現，阿拉比卡咖啡的族群數量在數千年的地球冷熱交替過程中此消彼長，最終在衣索比亞和葉門種植，然後傳播到全球各地。
該研究的共同通訊作者維克多-艾伯特（Victor Albert）博士是哥倫比亞大學文理學院生物科學系的帝國創新教授，他說："我們利用現今存活植物的基因組資訊回溯歷史，盡可能準確地描繪出阿拉比卡的悠久歷史，並確定現代栽培品種之間的關系。"
星巴克和Tim Hortons等咖啡巨頭專門使用阿拉比卡咖啡豆來沖泡他們每天供應的數百萬杯咖啡，並以此作為賣點，這種咖啡豆要價較高的部份原因是由於近親繁殖的歷史和族群規模較小導致遺傳多樣性較低，阿拉比卡咖啡豆容易受到許多病蟲害的影響，只能在世界上病原體威脅較低、氣候條件較為有利的少數幾個地方種植。因此，詳細了解當代品種的起源和育種歷史，對於開發更能適應氣候變遷的阿拉比卡新品種至關重要。
研究小組利用尖端的DNA測序技術和先進的數據科學完成了新的參考基因組測序，並從中測序出 39 個阿拉比卡品種，甚至還測序出瑞典博物學家卡爾-林奈（Carl Linnaeus）用來命名該物種的 18 世紀標本。
參考基因組現在可在一個公開的數位資料庫中查閱。
這項研究的共同負責人之一、雀巢研究公司基因組學資深專家派屈克-德斯孔布斯（Patrick Descombes）說："雖然確實存在其他公開的阿拉比卡咖啡參考文獻，但我們團隊的工作品質極高。我們采用了最先進的基因組學方法--包括長、短執行緒高通量DNA測序--建立了迄今為止最先進、最完整、最連續的阿拉比卡參考基因組。"
人類最喜愛的咖啡實際上是在沒有人類幫助的情況下前進演化而來的
阿拉比卡咖啡約占世界咖啡產品總量的 60%，它的種子幫助數百萬人開始一天的工作或熬夜。然而，最初創造阿拉比卡咖啡的雜交是在沒有人類幹預的情況下完成的。
阿拉比卡咖啡是由Coffea canephora和Coffea eugenioides自然雜交形成的，它從每個親本中獲得了兩套染色體。科學家們很難確定這種異源多倍體化事件發生的確切時間和地點，估計時間從 1 萬年前到 100 萬年前不等。
為了找到最初事件的證據，哥倫比亞大學的研究人員和他們的合作夥伴透過計算建模程式執行了各種阿拉比卡基因組，以尋找物種基礎的特征。
模型顯示，在阿拉比卡的歷史上出現過三次族群瓶頸，最早的一次發生在大約 2.9 萬代人（或 61 萬年前）。研究人員說，這表明阿拉比卡是在此之前的某個時間形成的，即 61 萬年到 100 萬年前。
艾伯特說："換句話說，產生阿拉比卡咖啡的雜交並非人類所為。很明顯，這種多倍體事件發生在現代人類和咖啡種植之前。"
長期以來，人們一直認為咖啡植物是在衣索比亞發展起來的，但研究小組在從非洲東南部延伸到亞洲的大裂谷周圍收集的咖啡品種卻顯示出明顯的地理分野。所研究的野生品種全部來自西部，而栽培品種則全部來自最靠近分隔非洲和葉門的曼德海峽的東部。
這與咖啡種植主要始於 15 世紀左右的葉門的證據相吻合。印度僧侶巴巴-布丹（Baba Budan）據說在 1600 年左右從葉門偷運出了傳說中的"七粒種子"，從而培育出了印度阿拉比卡（Arabica）栽培品種，為今天咖啡的全球推廣奠定了基礎。
Descombes說："看起來葉門咖啡的多樣性可能是目前所有主要品種的創始者。咖啡並不是像玉米或小麥那樣經過大量雜交培育出新品種的作物。人們主要是選擇自己喜歡的品種，然後種植。因此，我們今天擁有的品種可能已經存在了很長時間。"
氣候如何影響阿拉比卡的數量
由於對人類起源的研究，東非的地理氣候歷史有據可查，因此研究人員可以將氣候事件與野生和栽培阿拉比卡族群如何隨時間波動進行對比。
模型顯示，在距今 2-10 萬年前，該地區的人口數量曾長期處於較低水平，這與據信該地區在距今 4-7 萬年前遭受的長期幹旱和較冷氣候大致吻合。然後，在大約 6-15000 年前的非洲濕潤時期，人口數量有所增加，當時的生長條件可能更有利。
在同一時期，大約 3 萬年前，野生品種和人類最終栽培的品種相互分離。
新加坡南洋理工大學助理教授 Jarkko Salojärvi 是這項研究的另一位共同通訊作者，他說："它們偶爾還會相互雜交繁殖，但很可能在非洲濕潤期結束以及大約 8000 到 9000 年前海平面上升導致海峽變寬時停止了繁殖。"
遺傳多樣性低威脅阿拉伯咖啡
據估計，栽培阿拉比卡咖啡的有效族群數量僅為 10000 至 50000 個個體。遺傳多樣性低意味著它可能會像單一種植的卡文迪許香蕉一樣，被病原體（如咖啡葉銹病）徹底消滅，而咖啡葉銹病每年會造成 10 億至 20 億美元的損失。
參考基因組能夠進一步揭示一個阿拉比卡品種品系是如何獲得對該疾病的強大抵抗力的。帝汶咖啡是阿拉比卡咖啡和其親本之一的卡內普霍亞咖啡在東南亞自發雜交形成的品種。該品種比阿拉比卡更抗病，也被稱為羅布斯塔，主要用於即溶咖啡。因此，當羅布斯塔在帝汶島與阿拉比卡雜交時，它也帶來了一些病原體防禦基因。
艾伯特還在 2014 年共同領導了羅布斯塔基因組的測序工作，他與合作者目前的工作還展示了羅布斯塔基因組的高度改進版本，以及阿拉比卡的另一個祖先物種Coffea eugenioides 的新序列。
育種者曾試圖透過雜交來提高病原體的防禦能力，而新的阿拉比卡參考基因組使本研究人員能夠確定一個新的區域，其中蘊藏著RPP8 抗性基因家族的成員以及抗性基因的一般調控因子CPR1。
Salojärvi說："這些結果為提高阿拉比卡的抗病原體能力提供了一個新的目標基因座。"
基因組研究還提供了其他新發現，比如哪些野生品種最接近現代種植的阿拉比卡咖啡。他們還發現，源自印度或斯裏蘭卡的荷蘭早期栽培品種"Typica"很可能是法國人主要栽培的波旁品種的母本。這一工作與重建一個非常重要家族的家譜並無二致。
編譯來源：ScitechDaily
