Using math to crack the coffee genome for a better brew

Publié le jeudi 4 septembre 2014

Chaque jour, nous consommons plus de 2,25 milliards de tasses de café, l'un des produits agricoles les plus populaires des tropiques. Des scientifiques des quatre coins du monde viennent de publier la première séquence du génome d'une espèce de caféier, Coffea canephora (Robusta), ce qui pourrait rendre notre café du matin encore meilleur. Leurs travaux, dont les résultats paraîtront dans Science, (anglais seulement) leur ont aussi permis d'examiner l'évolution du caféier et de montrer que les enzymes participant à la synthèse de la caféine – présente dans le café, le thé et le cacao – ont évolué de façon indépendante dans ces trois végétaux.

Seules deux des 126 espèces de caféiers sont cultivées : Coffea arabica and Coffea canephora(Robusta). Le séquençage de ce premier génome accélérera beaucoup celui de C. arabica, plus complexe; il ouvre la voie à des améliorations à la culture du café et à la qualité de ce produit pour les consommateurs, qui dépensent des centaines de milliards de dollars pour se le procurer.

« En comparant le génome du café à celui d'autres végétaux, nous avons eu la surprise de constater qu'il était plutôt classique », explique David Sankoff, de la Chaire de recherche du Canada en génomique mathématique de l'Université d'Ottawa. En effet, deux chercheurs de niveau postdoctoral du laboratoire de bio-informatique de David Sankoff, Chunfang Zheng et Katharina Jahn, ont montré grâce à de nouveaux algorithmes mathématiques que le génome du café est plus proche qu'aucun autre de celui de l'ancêtre commun de plusieurs familles importantes d'eudicotylédones (groupe de végétaux qui comprend la plupart des cultures alimentaires non céréalières). « C'est la première fois que nous avons l'occasion de tester ces algorithmes, et les résultats sont frappants : le café est, parmi les astérides (ensemble de familles d'eudicotylédones comprenant le lilas, l'aubergine, la marguerite, la carotte, le frêne et plus de 20 000 autres espèces) dont le génome est connu, celui dont l'organisation est la plus proche du génome ancestral des eudicotylédones ».

Les botanistes ont remarqué une corrélation entre la diversité élevée des espèces d'un groupe et la duplication ou la triplication de l'ensemble du génome. La famille des Rubiaceae, dont fait partie le café, semble faire exception à la règle : elle comprend en effet un grand nombre d'espèces – 13 000 – même si elle n'a pas connu de duplication de son génome.

Comparé à plusieurs autres espèces végétales, le café compte aussi de grandes familles de gènes liées à la production d'alcaloïdes et de flavonoïdes, ce qui explique ses caractéristiques les plus connues – son arôme et l'amertume de ses grains.

Le séquençage du génome du caféier ouvre de nouvelles avenues pour l'amélioration des cultures, par exemple grâce à la sélection ou à la création de variétés de meilleure qualité dotées de caractéristiques idéales de croissance. On pourrait arriver à créer des espèces résistantes aux stress environnementaux et à certains parasites comme la rouille du café, qui a des effets dévastateurs sur l'industrie du café, notamment pour les petits producteurs d'Amérique centrale – au Guatemala, au Honduras et au Costa Rica, par exemple.

David Sankoff est membre fondateur du consortium pour le séquençage du génome du café, dont font partie Philippe Lashermes, de l'Institut de recherche pour le développement (IRD) et du Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (CIRAD), Patrick Wincker et France Denoeud, spécialistes du génome au Genoscope (France), Giovanni Giuliano, biologiste à l'ENEA (Italie) et Victor Albert, de l'Université de Buffalo, tous auteurs principaux de l'article paru dansScience, avec les membres de dix autres équipes de France, d'Italie, des États-Unis, du Brésil, de Chine, d'Inde, d'Espagne, d'Indonésie et d'Australie.

La recherche a été financée par l'Agence nationale de la recherche en France, le Conseil de la recherche en Australie, le projet agroalimentaire CNR-ENEA en Italie, le Fonds de financement d'études et de projets (FINEP) au Brésil, la Fondation nationale des sciences et le Collège des arts et des sciences de l'Université de Buffalo aux États-Unis, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) et la Chaire de recherche du Canada en génomique mathématique au Canada.

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