Как генетика и терруар влияют на устойчивость к кофейной ржавчине

По всему миру фермеры сталкиваются с одной из самых опасных болезней кофе — кофейной ржавчиной. В тяжелых случаях она может привести к потере 35–75% урожая. Поэтому в кофейной индустрии активно изучают возможности противостоять этому заболеванию. Так, организация World Coffee Research совместно с партнерами недавно опубликовала результаты исследования, в котором представители 18 стран изучали влияние генетики и условий выращивания кофе на восприимчивость к кофейной ржавчине.

В этом материале делимся основными тезисами исследователей. Текст основан на публикации World Coffee Research.

Кофейная ржавчина: что это за болезнь

Кофейная ржавчина (Hemileia vastatrix) — это грибковое заболевание кофейных деревьев. При нем листья перестают фотосинтезировать и опадают, а затем погибает и само кофейное дерево.

Впервые кофейную ржавчину обнаружили в 1861 году на западе Кении. С тех пор болезнь распространилась почти во всех странах происхождения кофе.

Кофейная ржавчина — одна из главных угроз для кофейных ферм. В конце 19-го века после столкновения с этой болезнью лидеры рынка по производству и экспорту кофе перешли на выращивание чая. Так произошло, например, на Шри-Ланке и Филиппинах. В 2012 году в странах Латинской Америки тоже случилась эпидемия кофейной ржавчины, в результате которой фермеры потеряли значительную часть урожая, а цены на кофе резко возросли.

На сегодняшний день выявлено более 55 штаммов кофейной ржавчины. Сложность борьбы с болезнью состоит в том, что каждый штамм по-разному взаимодействует с разновидностями кофе. Кроме того, эти патогены непрерывно эволюционируют.

Генетика как фактор устойчивости к болезни 

Один из способов защиты от кофейной ржавчины — выращивание кофе, генетически устойчивого к этому заболеванию. Разрабатывать такие разновидности начали в 1960 году в Колумбии. Например, в 2005 году селекционеры вывели разновидность кастильо. Она получила от родительских растений особые качества: небольшой размер куста от разновидности катурра, а также выносливость и устойчивость к болезням от гибрида тимор.

Как оказалось, генетика не гарантирует полную защиту от кофейной ржавчины. Ученые обнаруживали гены устойчивости у разных видов кофе: либерики, арабики, канефоры. Нынешние коммерческие гибриды имеют их комбинацию, но не весь генетический набор, который делал бы их универсальными.

По этой причине ученые постоянно ищут новые факторы устойчивости растений, чтобы применять их на практике.

Суть и выводы исследования World Coffee Research

В 2015 году World Coffee Research совместно с партнерскими учреждениями по всему миру организовала международное многолокационное сортоиспытание. Ученые отобрали 31 разновидность арабики из 11 селекционных программ на 29 исследовательских участках в 18 странах. 

Эта беспрецедентная глобальная работа была направлена, в частности, на оценку естественного распространения ржавчины на кофейных листьях в реальных полевых условиях. В ходе испытаний учитывали самый разный климат: от жарких и сухих условий в Замбии до более прохладных и влажных в Индонезии. После сбора данных ученые использовали наиболее доступные для анализа — в итоге они изучили 29 из 31 разновидности на 23 исходных участках в 15 странах.

В ходе исследования выяснилось, что устойчивость определяется не только генетикой, но и местом выращивания. Это понятие включает такие факторы, как наличие разных штаммов кофейной ржавчины, способ ухода за деревьями и климатические условия на том или ином участке.

Также ученые установили, что генетически отличающиеся растения показали разную адаптивность и устойчивость к заболеванию в различных условиях. Так, разновидности параинема, картила 1 и IPR107 сочетали высокую устойчивость к ржавчине кофейных листьев и стабильную производительность в различных условиях, что делает их более универсальными. Другие разновидности, такие как EC16 и катигуа MG2, показали очень высокую устойчивость в одних кофейных регионах, но не были столь эффективными в других. Разновидности чистой арабики, как правило, отличались более высокой восприимчивостью к заболеванию, в то время как производные тиморского гибрида меньше подвергались ему.

Несмотря на то что некоторые разновидности проявляли устойчивость на разных участках, ни одна из них не была полностью неуязвима. Все растения проявляли восприимчивость к кофейной ржавчине в определенных местах.

Значение исследования 

Масштабная работа World Coffee Research с партнерами показала значимость глобального сотрудничества: ученые из разных континентов объединили данные, опыт и ресурсы и получили результаты, которых ни одна исследовательская программа не смогла бы добиться в одиночку. 

По итогам исследования страны-участницы также развили умения отслеживать угрозу кофейной ржавчины, проводить надежные полевые испытания и адаптироваться к меняющемуся климату. Выводы ученых стали основой для разработки следующего поколения разновидностей кофе. Однако для полного понимания генетической основы устойчивости и ее связи с окружающей средой нужны дальнейшие исследования.