Ανασκόπηση της βάσης δεδομένων αποτυπωμάτων DNA Arabica της WCR

Η World Coffee Research εξηγεί πώς η βάση δεδομένων δακτυλικών αποτυπωμάτων DNA της Arabica θα μειώσει σημαντικά το κόστος αναγνώρισης της ποικιλίας καφέ και τη γενετική ιχνηλασιμότητα.

Όπως οι ποικιλίες κρασιού Pinot Noir ή Cabernet Sauvignon, Bourbon, Pacamara ή Geisha δεν χρησιμοποιούνται απλώς ως περιγραφές ποικιλιών καφέ, χρησιμοποιούνται επίσης ως όροι μάρκετινγκ.

Για να εκτιμηθούν συγκεκριμένες ποικιλίες στα είδη καφέ Arabica, η World Coffee Research (WCR) κυκλοφόρησε μια βάση δεδομένων δακτυλικών αποτυπωμάτων DNA καφέ Arabica που θα κάνει τον έλεγχο ταυτότητας ποικιλίας φθηνότερο και απλούστερο.

«Η επαλήθευση των ποικιλιών καφέ είναι σημαντική για να διασφαλιστεί ο ποιοτικός έλεγχος του φυτικού υλικού που διατίθεται στους αγρότες σε όλο τον κόσμο. Το WCR κάνει τη βάση δεδομένων ανοιχτά προσβάσιμη στην επιστημονική κοινότητα, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί από δημόσια και ιδιωτικά εργαστήρια για επαλήθευση ποικιλίας», λέει η Hanna Neuschwander, Διευθύντρια Στρατηγικής και Επικοινωνιών στο WCR.

«Αυτό το μοναδικό επίτευγμα φέρνει νέα τεχνολογία στον καφέ για να μειώσει σημαντικά το κόστος ελέγχου ποιότητας και να διασφαλίσει το μέλλον του καφέ υψηλής ποιότητας».

Ο Δρ. Santos Barrera, επιστήμονας της WCR Plant Breeding and Genomics Research Scientist, λέει ότι προηγούμενες μελέτες του WCR έχουν επιβεβαιώσει την ανάγκη για τέτοια εργαλεία για την καλύτερη υποστήριξη του ποιοτικού ελέγχου των φυτωρίων και των φυτωρίων.

«Είδαμε την ανάγκη ανάπτυξης μιας βάσης δεδομένων δακτυλικών αποτυπωμάτων και δημιουργήσαμε ένα σημείο αναφοράς για τη βιομηχανία του καφέ. Εάν, για παράδειγμα, μια υποτιθέμενη ανθεκτική στις ασθένειες ποικιλία αποδειχθεί ότι είναι επιρρεπής σε εξουθενωτικές λοιμώξεις, αυτό μπορεί να έχει καταστροφικές οικονομικές συνέπειες για έναν αγρότη», λέει ο Barrera.

Ο προσδιορισμός της γενετικής σύστασης ενός φυτού – της συγκεκριμένης ποικιλίας, γνωστή και ως γονότυπος – είναι σημαντικός σε πολλά στάδια των αλυσίδων εφοδιασμού της γεωργίας. Αυτή η βάση δεδομένων δακτυλικών αποτυπωμάτων DNA Arabica χρησιμοποιεί 45 μοριακούς δείκτες πολυμορφισμού μονονουκλεοτιδίου (SNP) – μικροσκοπικές γενετικές παραλλαγές διάσπαρτες στην αλληλουχία DNA ενός φυτού – για να δημιουργήσει ένα μοναδικό γενετικό αποτύπωμα για 23 ποικιλίες Arabica. πιο κοινά αναγνωρισμένους καφέδες στην εμπορική παραγωγή καφέ στη Λατινική Αμερική. .

«Ένα SNP είναι ουσιαστικά ένα μοριακό εργαλείο για τη μέτρηση των γενετικών διαφορών μεταξύ των ατόμων. Μικρές παραλλαγές στα μοτίβα μας λένε ποιος είναι ποιος», λέει ο Neuschwander.

Ο Neuschwander λέει ότι οι δείκτες SNP μπορούν να αναλυθούν πιο γρήγορα από άλλους γενετικούς δείκτες.

«Για να δημιουργήσετε μια βάση δεδομένων επαλήθευσης ποικιλίας όπως αυτή, πρέπει να δοκιμάσετε έναν μεγάλο αριθμό δέντρων – όχι μόνο ένα ή δύο δέντρα ανά τύπο, αλλά εκατοντάδες ή χιλιάδες – προκειμένου να ορίσετε ποια μοτίβα SNP σχετίζονται, για παράδειγμα: Bourbon εναντίον Γκέισα εναντίον Πακαμάρα, και ούτω καθεξής. Πρέπει να βρείτε ποιο μοτίβο προσδιορίζει τη συγκεκριμένη ποικιλία και τη διακρίνει από μια άλλη. Αυτό κάνει η βάση δεδομένων», λέει.

«Εάν ένα ερευνητικό εργαστήριο έχει την τεχνολογία να πάρει δείγμα DNA από ένα φυτό καφέ και να «διαβάσει» τα SNP από αυτό το δείγμα, θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει τη βάση δεδομένων για να ταιριάξει το SNP με την ποικιλία του συγκεκριμένου καφέ, προσδιορίζοντας έτσι τον γονότυπο του».

Ο Neuschwander λέει ότι μία από τις πιο σημαντικές εφαρμογές της βάσης δεδομένων είναι η ανάπτυξη ελέγχου ταυτότητας ποικιλίας χαμηλού κόστους για την υποστήριξη της εξέλιξης του τομέα των σπόρων καφέ.

“Παρόμοια εργαλεία χρησιμοποιούνται ευρέως σε άλλες καλλιέργειες από τους καλλιεργητές σπόρων, τους εμπόρους σπόρων και τους κατασκευαστές τροφίμων, αλλά μέχρι τώρα αυτά τα εργαλεία ήταν πολύ ακριβά ή μη πρακτικά για να χρησιμοποιηθούν για καφέ σε μεγάλη κλίμακα”, λέει ο Neuschwander.

Ο Barrera λέει ότι στον καφέ, ο κυρίαρχος τρόπος αναγνώρισης των ποικιλιών είναι αυτή τη στιγμή μέσω της μορφολογικής ταυτοποίησης.

«Η μορφολογική πιστοποίηση συνίσταται στην αναγνώριση της δομής και του σχήματος του φυτού», με άλλα λόγια μια οπτική επιθεώρηση. «Αυτή η προσέγγιση, ωστόσο, είναι πολύ λιγότερο ακριβής από τη γενετική ταυτοποίηση», λέει.

«Υπάρχουν άλλοι τύποι μοριακών δεικτών, όπως δείκτες απλής επανάληψης ακολουθίας (SSR) ή μικροδορυφορικοί δείκτες, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για γενετική ταυτοποίηση. Αυτά είναι πολύ αποτελεσματικά για την ανάλυση ποικιλομορφίας, αλλά πολύ ακριβά, κοστίζουν περίπου 130 $ ανά δείγμα. Οι δείκτες SNP είναι πιο ακριβείς για τον έλεγχο ταυτότητας και πολύ πιο προσιτές, με περίπου 10 $ ανά δείγμα. »

Σύμφωνα με τον Neuschwander, για να επεξεργαστεί κανείς το δείγμα μιας ποικιλίας καφέ, πρέπει να χρησιμοποιήσει ένα διάτρητο για να αποκτήσει μια μικρή ποσότητα ιστού φύλλων, ο οποίος αποστέλλεται σε εργαστήριο για ανάλυση. Από εκεί, ο ιστός αλέθεται και τοποθετείται σε ένα μηχάνημα που απομονώνει το DNA.

«Ας υποθέσουμε ότι ένας ιδιοκτήτης παρτίδας σπόρων καφέ θέλει να ελέγξει τη γενετική καθαρότητα των δέντρων του για να βεβαιωθεί ότι είναι η σωστή ποικιλία. Συλλέγουν μικρά κομμάτια φύλλων από τα δέντρα που θέλουν να επικυρώσουν και τα στέλνουν σε ένα εργαστήριο γονότυπου. Το DNA εξάγεται από τα δείγματα των φύλλων και διαβάζεται το προφίλ SNP. Στη συνέχεια, το δακτυλικό αποτύπωμα SNP του δείγματος συγκρίνεται με το γνωστό δακτυλικό αποτύπωμα SNP για την εν λόγω ποικιλία. Όταν τα δακτυλικά αποτυπώματα ταιριάζουν, η ποικιλία μπορεί να επιβεβαιωθεί», λέει.

«Είναι αρκετά συνηθισμένο να χρησιμοποιούνται SNP σε άλλες ομάδες φυτών επειδή είναι μια «γρηγορότερη, φθηνότερη και καλύτερη» μέθοδος. Τώρα που αυτή η βάση δεδομένων είναι διαθέσιμη στον τομέα του καφέ, αλλάζει το παιχνίδι, επιτρέποντας πιο ακριβή και οικονομικά αποδοτική γενετική ιχνηλασιμότητα.

Η ομάδα αναπαραγωγής WCR ανέπτυξε τη βάση δεδομένων, με επικεφαλής τους επιστήμονες αναπαραγωγής φυτών και γονιδιωματικών της WCR, Drs. Χόρχε Μπέρνι και Μπαρέρα. Η βάση δεδομένων βασίζεται σε ένα πάνελ δεικτών SNP που αναπτύχθηκε από τον ερευνητή γενετιστή Dr. Dapeng Zhang της Υπηρεσίας Γεωργικής Έρευνας του Υπουργείου Γεωργίας των Ηνωμένων Πολιτειών (USDA).

«Η βάση δεδομένων αναφοράς επικυρώθηκε και βελτιώθηκε από το WCR χρησιμοποιώντας περισσότερα από 30.000 δείγματα φύλλων δέντρων σε έξι χώρες, όπως η Γουατεμάλα, η Ονδούρα, το Ελ Σαλβαδόρ, η Νικαράγουα, η Κόστα Ρίκα και το Περού μεταξύ 2021 και 2023», λέει ο Barrera.

Πολλά ιδρύματα διευκόλυναν την πρόσβαση στα δείγματα φύλλων που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία και την επικύρωση της βάσης δεδομένων, όπως το Κέντρο Τροπικής Γεωργικής Έρευνας και Ανώτατης Εκπαίδευσης, το Instituto del Cafe de Costa Rica, το Ινστιτούτο Καφέ της Ονδούρας και η Εθνική Ένωση Καφέ της Γουατεμάλας. Το πρόγραμμα Μεγιστοποιώντας τις Ευκαιρίες στον Καφέ και το Κακάο στην Αμερική (MOCCA) του USDA Foreign Agricultural Service χρηματοδότησε το έργο.

«Η ιδέα είναι ότι οποιοδήποτε εργαστήριο μπορεί να χρησιμοποιήσει τη βάση δεδομένων για να αναγνωρίσει ποικιλίες χωρίς να χρειάζεται γενετιστής ή κτηνοτρόφος για να αναλύσει τα δεδομένα. Εάν δεν έχετε τη δυνατότητα να δημιουργήσετε το δικό σας εργαστήριο γονότυπου και να χρηματοδοτήσετε τον εργαστηριακό εξοπλισμό, μπορούν απλώς να στείλουν δείγματα σε εμπορικά εργαστήρια στις ΗΠΑ ή την Ευρώπη», λέει ο Barrera.

Η WCR σχεδιάζει να προσθέσει δακτυλικά αποτυπώματα για επιπλέον ποικιλίες τους επόμενους μήνες και χρόνια.

Για να διασφαλίσει ότι η κοινότητα του καφέ είχε άμεση πρόσβαση σε αυτήν την υπηρεσία, η WCR συνεργάστηκε με την Intertek AgriTech με έδρα τη Σουηδία για την επικύρωση και τη βελτίωση της βάσης δεδομένων και των τεχνικών πρωτοκόλλων. Η Intertech Agritech έκτοτε ξεκίνησε μια υπηρεσία εργαστηριακών δοκιμών μεγάλου όγκου, που στοχεύει κυρίως σε παρτίδες σπόρων, φυτώρια και ερευνητικά προγράμματα καφέ. Γενικά απαιτούν τουλάχιστον 376 δείγματα. Η Intertek AgriTech είναι ένα πιστοποιημένο κατά ISO εργαστήριο διασφάλισης ποιότητας που παρέχει εργαστηριακές υπηρεσίες στον παγκόσμιο αγροτικό τομέα.

«Τώρα που το WCR κάνει τη βάση δεδομένων δημόσια διαθέσιμη, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί από άλλους παρόχους για να αναπτύξουν τις δικές τους υπηρεσίες δοκιμών DNA», λέει ο Neuschwander.

«Εάν είστε φυτώριο και θέλετε να επαληθεύσετε ότι πουλάτε την ποικιλία που νομίζετε ότι είστε, πρέπει να μπορείτε να στείλετε τα δείγματά σας κάπου και να τα επαληθεύσετε. Αυτή η βάση δεδομένων καθιστά αυτές τις υπηρεσίες δυνατές και πιο προσιτές, όχι μόνο για μια μεγάλη ιδιωτική εταιρεία σπόρων, αλλά και για ένα εθνικό ερευνητικό ινστιτούτο καφέ που μπορεί να θέλει να δοκιμάσει πολλές σπόρους της δικής του εθνικής ποικιλίας.

Ο Neuschwander λέει ότι αυτό το δημόσιο πάνελ αναφοράς γενετικών δεικτών που βασίζονται στο SNP είναι ένα κρίσιμο εργαλείο και ένα βήμα προς τα εμπρός για τη βιομηχανία καφέ για την πιστοποίηση των ποικιλιών, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο και αυξάνοντας την αξία για τους αγρότες. Λέει ότι ένα παράδειγμα του αντίκτυπου που μπορεί να έχει ένα τέτοιο εργαλείο στη μεγάλης κλίμακας παραγωγή καφέ είναι στο Ελ Σαλβαδόρ.

«Η κυβέρνηση του Ελ Σαλβαδόρ αναλαμβάνει ένα εθνικό σχέδιο ανακαίνισης, με στόχο την παραγωγή και τη διανομή περισσότερων από 150 εκατομμυρίων φυτών την επόμενη δεκαετία, ως μέρος της δέσμευσής της να αναζωογονήσει τον τομέα του καφέ της χώρας. Αυτά τα εργοστάσια αναμένεται να παράγουν 1,8 έως 2 εκατομμύρια σακούλες εξαγώγιμου πράσινου καφέ, ενισχύοντας έτσι την οικονομία της χώρας και στηρίζοντας τα προς το ζην των παραγωγών της χώρας», λέει ο Neuschwander.

«Αυτό το πάνελ SNP χρησιμοποιείται για την επικύρωση της αυθεντικότητας των δέντρων που σκοπεύει να διανείμει στους αγρότες, για να διασφαλίσει ότι είναι οι ποικιλίες με τις καλύτερες επιδόσεις που επιλέχθηκαν για την επίτευξη των φιλόδοξων στόχων παραγωγής της χώρας. Η WCR είναι στην ευχάριστη θέση να είναι συνεργάτης σε αυτό το έργο για τη διατήρηση της προμήθειας φασολιών υψηλής ποιότητας από το Ελ Σαλβαδόρ.