Kahve Genomu, Kafeinin Evrimine Işık Tutuyor!

Kahve bitkisinin genom dizilişinin tamamlanması, insanoğlunun en iyi kimyasal arkadaşı olan kafeinin evrimi hakkındaki gizleri açığa çıkardı. Projeyi gerçekleştiren bilim insanları, kahve bitkisindeki genlerin dizilişi ve yerlerine bakarak bu genlerin yine kafein içeren çay ve kakaodaki benzer fonksiyona sahip genlerden bağımsız olarak evrimleştiğini gösterdiler. Başka bir deyişle kahve kafein-bağlantılı genleri ortak bir atadan almamış, kendi kendine geliştirmiştir. Çalışmanın bulguları, 5 Eylül 2014 tarihinde Science dergisinde yayınlanmıştır.

Neden Kahve?

Dünya çapında günlük 2,25 milyar fincandan daha fazla tüketilen kahve birçok tropik ülkenin ana tarım ürünüdür. Uluslararası Kahve Organizasyonu’nun tahminlerine göre 2013 yılında 8,7 milyon tondan fazla kahve üretilmiştir, ithalat gelirleri 2009-2010’da 15,4 milyar dolar olmuştur ve 2010 yılında 52 ülkede yaklaşık 26 milyon insan bu sektörde iş bulmuştur. Fransa Kalkınma İçin Araştırma Enstitüsünde araştırma görevlisi olan Philippe Lashermes şunları söylüyor:

Kahve küresel ekonomi için olduğu kadar her gün erken kalkan insanlar için de önemlidir. Bu nedenle genom dizilişi kahvenin geliştirilmesinde kayda değer bir adım olabilir. Kahve genomuna ve kahveye özgü genleri inceleyerek kahvenin özellikleri hakkında bilgi edinebildik.

Lashermes, Fransa Ulusal Dizilim Merkezindeki genom uzmanları Patrick Wincker ile France Denoeud ve Buffalo Üniversitesindeki biyoloji bilimleri profesörü Victor Albert çalışmanın ana yazarlarıdır. Özellikle Fransa’daki Uluslararası Kalkınma İçin Tarımsal Araştırmalar Merkezi gibi diğer kurumlardan bilim insanları ve ABD, Fransa, İtalya, Kanada, Almanya, Çin, İspanya, Endonezya, Brezilya, Avustralya ve Hindistan’daki özel ve kamu kuruluşlarından araştırmacılar da çalışmaya katkıda bulundular.

Ekip, Manhattan’daki Ulusal Kahve Birliğinin verilerine göre dünya kahve üretiminin yüzde 30’unu oluşturan Coffee canephora genomunun yüksek kaliteli bir benzerini yarattı. Daha sonra bilim insanları kahvenin genetik yapısının diğer türlerden farkını inceledi. 

Üzüm ve domates gibi diğer birkaç bitki türüne kıyasla kahve, çekirdeklerin keskinliği ve kahve aroması gibi özellikleri sağlayan alkaloid ve flavonoid bileşiklerinin üretiminden sorumlu olan gen ailelerini daha fazla sayıda barındırmaktadır. Ayrıca kafein yapımında görev alan N-metiltransferaz enzimleri kahvede geniş bir kitle halinde yer almaktadır.

Araştırmacılar, daha ayrıntılı incelediklerinde, kahvedeki kafein enzimlerinin çay ve kakaodaki enzimlere göre bitkideki diğer genlere daha yakın bağlara sahip olduğunu buldular. Bu bulgu, kahvedeki kafein üretiminin diğerlerinden bağımsız geliştiğini gösteriyor. Bu özellik ortak bir atadan alınmış olsaydı söz konusu enzimlerin diğer türlerdeki enzimlere daha çok benzemesi gerekirdi. Albert konuyla ilgili olarak şunları söyledi:

Kahve genomu kahvenin sabahları ayılmamızı sağlaması dışında diğer heyecan verici özelliklerini anlamamıza yardımcı oluyor. Bitkide hangi gen ailelerinin arttığını ve diğer türlerle kahvenin genom yapısı arasındaki ilişkiyi inceleyerek kahvenin evrimleşirken izlediği bağımsız yolu öğrenebildik, tabii -heyecan verici bir şekilde- kafeinin hikayesini de.

Kafeinin doğal yaşamda neden bu kadar önemli olduğu da başka bir soru. Bilim insanları bu kimyasal maddenin böcekleri bitkilerden uzak tutmaya veya çevredeki kaynaklara ortak olan diğer bitkilerin gelişimini engellemeye yaradığı fikrini ortaya attılar. Son zamanlarda çıkan bir makale, kafeinin polen taşıyıcılarında -örneğin insanoğlu- alışkanlık yapabildiğini gösterdi. Kafein üreten bitkilere konan böcekler çoğunlukla o bitkilere yeniden geliyorlardı.

Science’ta yayınlanan yeni çalışma, kafeinin evrimsel rolü hakkında yeni bir bilgi ortaya koymuyor, ancak bileşiğin değerli bir madde olduğu fikrini pekiştiriyor. Aynı zamanda kahvenin genom yapısının evrimleşmesini daha iyi anlamamızı sağlıyor. Konuyla ilgili Wincker’ın söyledikleri şöyle:

Sonunda anlaşıldı ki kahve genomu, akrabaları domates ve kırmızı biberde olduğu gibi evrimsel süreç içerisinde üçlenmedi (triplikasyona uğramadı). Onun yerine üzümünkine benzer bir yapıyı muhafaza etti. Buna bağlı olarak kahve genomunun evrimsel çeşitlenmesi, gen ailelerinin tümü [genom çiftlenmesinde (duplikasyonu) bütün genlerin yer alması] yerine belli bir kısmının çiftlenmesi ile gerçekleşti.

Bu durum, diğer araştırmacıların bir grup içindeki yüksek tür çeşitliliği ile tüm genomların çiftlenmesi veya üçlenmesi arasında ilişki kurdukları başka birtakım geniş bitki aileleri için önerilenlere terstir. Denoeud’nun konuyla ilgili sözleri şöyle:

Kahve yaklaşık 13.000 türle dünyanın dördüncü büyük bitki ailesi olan Rubiaceae ailesinde yer alır; dolayısıyla kökeninde genom çiftlenmesi olmadığından genom çiftlenmesini yüksek biyoçeşitliliğe bağlayan kalıbı kırıyor gibi görünüyor.