Plongée à la source: Étude de la composition génétique du Geisha du Panama – 25 Magazine, Issue 9

Plongée à la source: Étude de la composition génétique du Geisha du Panama – 25 Magazine, Issue 9

TTandis que la demande mondiale de café augmente régulièrement, le changement climatique et d'autres menaces représentent d'importants défis à surmonter pour l'avenir de la production de café.

STEPHANIE ALCALA explore les propriétés de la diversité génétique actuelle, les possibilités de créer des cultures résistantes aux changements climatiques, et partage certains des points importants de son projet de recherche sur la composition génétique du bien-aimé Geisha du Panama.[1]

L’industrie du café de spécialité est la plus vulnérable au changement climatique, car elle repose uniquement sur la culture du Coffea Arabica (Caféier d’Arabie), une espèce qui dépend fortement de conditions climatiques stables pour sa culture en zone montagneuse. Il est estimé que la moitié des terres appropriées à la culture du café seront perdues d’ici 2050 en raison du changement climatique. Toutefois, les producteurs de café subissent déjà les effets des conditions climatiques de plus en plus irrégulières, notamment des périodes de sécheresse prolongées, des températures fluctuantes et des précipitations dévastatrices. Ces conditions climatiques imprévisibles peuvent affecter les rendements et la qualité du café.  Cela peut alors engendrer une instabilité économique pour les producteurs, qui se heurtent déjà à d’énormes obstacles, les prix du café tombant souvent en dessous du coût de production.  Si ces deux problèmes sont associés aux nombreuses autres menaces auxquelles les producteurs sont régulièrement confrontés, telles que les parasites et les maladies ou le coût du travail, la production de café est alors prise dans un cycle sans fin de crises.

Heureusement, de nombreuses personnes et organisations se consacrent à résoudre ces difficultés et s’efforcent de créer une industrie du café durable. Je pense que chacun d’entre nous a la capacité de contribuer également à résoudre ces problèmes, en améliorant la résilience du café. La solution consiste à approfondir notre compréhension de ces menaces permanentes et à collaborer avec les organisations qui se consacrent à trouver des solutions pour les surmonter.

Introduction à la génétique du café

L’avenir de notre industrie dépend de l’accès des producteurs au matériel végétal qui peut résister aux conditions climatiques futures et produire une excellente qualité dans la tasse. Cependant, le Coffea arabica a très peu de diversité génétique, ce qui explique sa capacité limitée à génétiquement s’adapter au changement climatique. Alors comment pouvons-nous y faire face ? Tout d’abord, nous devons comprendre pourquoi l’Arabica a une base génétique étroite. Le Coffea arabica provient d’une hybridation unique entre deux espèces de café, le Coffea canephora (que nous connaissons sous le nom de Robusta) et le Coffea eugenioides, et ces deux espèces ont seulement en moyenne 1,3 % de différence dans leurs gènes. Nous constatons une diminution supplémentaire de la diversité génétique de l’Arabica lorsque nous examinons la population de café cultivé. La culture historique de l’Arabica a engendré un grave goulet d’étranglement génétique, la majorité des variétés d’Arabica cultivées aujourd’hui pour la consommation mondiale tirent leur composition génétique des variétés Bourbon et / ou Typica. De plus, il a été suggéré que ces variétés, provenant initialement d’Éthiopie et du Yémen, avaient été obtenues à partir de la même population forestière, ce qui signifie qu’elles appartenaient au même pool génétique. Cependant, tout espoir n’est pas perdu.

Lorsque l’Arabica fut lancé, la plante était un organisme allotétraploïde. Cela signifie que l’espèce C. arabica dupliquait chacun des chromosomes parent, doublant la taille de son génome. Ainsi, alors que ses deux espèces parentales sont diploïdes, l’Arabica est un organisme polyploïde possédant deux sous-génomes, l’un proche de l’espèce C. eugenioides et l’autre proche de l’espèce C. canephora. Les espèces allotétraploïdes sont très courantes parmi les plantes à fleurs, mais l’Arabica est la seule espèce de caféier sur 125 à posséder cette caractéristique évolutive. Cela soulève une question qui suscite la curiosité : « En tant qu’organisme polyploïde, le café Arabica a-t-il apporté des caractéristiques uniques, telles que sa capacité à produire de la complexité dans la tasse ? » De plus, les recherches indiquent que les organismes polyploïdes peuvent posséder des capacités d’adaptation évolutive à long terme. Cela peut donc signifier que l’Arabica est davantage capable de s’adapter au changement climatique que toute autre espèce de café en raison de sa composition génétique.

En nous concentrant sur les possibilités génétiques que nous offre le génome unique de l’Arabica, nous pouvons commencer à porter notre attention sur la reproduction sélective. La reproduction sélective se produit lorsque l’homme facilite la reproduction sexuée de deux organismes afin d’obtenir des descendants présentant des caractéristiques souhaitées. Dans le cas du café, la reproduction sélective a été utilisée pour obtenir des descendants présentant des caractéristiques de tolérance à la sécheresse ou de résistance aux maladies. Par conséquent, la reproduction sélective est essentielle pour améliorer la résilience et la confiance de nos producteurs tout en assurant la pérennité de notre industrie. Il existe deux sources de diversité génétique incroyable qui peuvent être la clé du succès de l’Arabica.  Les 124 autres espèces de café sauvages et les variétés de café Arabica indigènes restées en Éthiopie et dans les régions environnantes développent leurs propres mutations et adaptations génétiques, distinctes de la liste de cultivars existants.

Les cultivars d’aujourd’hui diffèrent énormément par leur capacité à pousser dans certains environnements, leurs niveaux de résistance aux maladies, leur potentiel dans la tasse, etc. Mais comme nous le savons, la plupart de ces cultivars sont génétiquement similaires en raison de leur base génétique commune. L’une des exceptions est la variété Gesha originaire d’une population sauvage d’Éthiopie, près du village de Gorei et qui s’est finalement établie en Amérique tropicale sous le nom de Geisha. Après une longue pérégrination qui a débuté lors d’une expédition d’officiers coloniaux britanniques pour collecter du matériel végétal éthiopien en 1931, cette variété a d’abord été dispersée dans différents pays africains pour ensuite arriver au Costa Rica, puis s’établir au Panama. Le Gesha, ayant connu une évolution divergente récente en Éthiopie, était génétiquement différent de tout ce que l’Amérique latine avait cultivé auparavant. Il changea la donne.

La redécouverte du Geisha a depuis conduit à sa dissémination progressive dans les Amériques, où il est maintenant cultivé dans des régions telles que la Bolivie, le Guatemala et même la Californie, qui ont toutes tiré leur matériel végétal de l’Hacienda La Esmeralda. Cette propagation du Geisha m’a amené à poser les questions suivantes : « Quelle est la diversité génétique du Geisha du Panama ? Si les producteurs transformaient leur exploitation pour se consacrer principalement à la culture du Geisha, comment cela influencerait-il la résilience aux changements climatiques de leur exploitation ? Est-ce que tous les Geishas sont similaires sur le plan génétique ou existe-t-il une variation génétique ? Et cette variation génétique est-elle associée à une qualité ou à une caractéristique spécifique ? » En tant qu’étudiante de troisième cycle en génétique, j’ai eu l’occasion d’approfondir : Quelle est la diversité génétique du Geisha du Panama cultivé ?

Sur le terrain

Durant l’été 2016, je me suis trouvée dans la province de Chiriquí au Panama, et j’ai eu l’occasion de visiter des fermes de l’Hacienda La Esmeralda avec Fernando Callo, l’un des plus grands techniciens sur le terrain. Les parcelles des exploitations sont fragmentées et dispersées dans la province de Chiriquí, toutes perchées au-dessus de la belle ville agricole de Boquete. Ainsi la Hacienda La Esmeralda fut progressivement composée d’un réseau de parcelles, chacune possédant ses propres conditions environnementales. Fernando, Bolivien récemment diplômé du Centre d’enseignement supérieur et de recherche en agriculture tropicale (Tropical Agricultural Research and Higher Education Center / CATIE), a commencé à me faire visiter les lieux, m’expliquant que chaque exploitation avait des plants de Geisha présentant des variantes morphologiques distinctes, mais récurrentes. Il a également précisé que certaines de ces variantes morphologiques produisaient des différences au niveau de la qualité dans la tasse.

Fernando Callo, Hacienda La Esmeralda s field technician, stands in front of a sign welcoming visitors to the farm (photo: Stephanie Alcala).

Fernando Callo, technicien de terrain à l’Hacienda La Esmeralda, se tient devant une pancarte accueillant les visiteurs à la ferme (photo : Stephanie Alcala).

Ces distinctions morphologiques comprenaient des feuilles aux pointes de couleur verte et bronze, les jeunes feuilles étaient de couleur bronze ou verte, et au fur et à mesure de la maturation, devenaient vertes. Les autres variantes incluaient des différences significatives dans les distances internodales, la taille et la forme des feuilles et la structure des branches, ainsi que des plantes généralement plus courtes et plus productives. Fernando m’expliqua que les plantes de plus petite taille ainsi que celles aux feuilles de différentes couleurs produisaient toutes du café de qualité différente dans la tasse. En l’absence d’études publiées sur la diversité génétique associée à ces variantes morphologiques de la variété Geisha, je me suis attachée à déterminer si ces différences étaient associées à une variation génétique ou simplement à une plasticité phénotypique. Si les différences de morphologie étaient dues à la plasticité phénotypique, cela signifierait que les échantillons partagent la même composition génétique et que les différences morphologiques résultent de la réponse (adaptation) de la plante aux changements dans l’environnement.

Bronze-tipped leaves on a Geisha plant growing at Hacienda La Esmeralda (photo: Stephanie Alcala).

Feuilles à pointe de couleur bronze sur un plant de Geisha poussant à l’Hacienda La Esmeralda (photo : Stephanie Alcala).

Les plants sélectionnés pour l’étude couvraient cinq parcelles et visaient à englober l’éventail des différences morphologiques présentées par le Geisha. La seule autre variété cultivée en abondance étant le Catuai, des échantillons de cette variété ont également été obtenus, pour être ensuite utilisés comme indicateurs comparatifs pour l’analyse génétique.

Afin de déterminer s’il existait des différences entre les plantes échantillonnées, un protocole de préparation de banques ddRAD (Double -Digest Restriction-site Associated DNA / séquençage de marqueurs nucléaires associés à des sites de restriction par double digestion) a été utilisé pour détecter les nucléotides polymorphes (SNP, Single‐Nucleotide Polymorphism). Si un nucléotide était différent de celui d’un autre échantillon à un emplacement spécifique dans le génome de l’un de nos échantillons, alors un SNP serait détecté. Les progrès technologiques, tels que le séquençage de l’ADN, ont créé d’incroyables possibilités d’explorer les fondements génétiques d’organismes tels que le café, qui étaient inconcevables il y a quelques années à peine. Pour pouvoir déterminer si des différences morphologiques étaient associées à une variation génétique, les plantes de mêmes types morphologiques devaient partager les mêmes SNP.

La recherche de la diversité génétique

Alors, quelles ont été les conclusions ? Selon l’analyse génétique, il a été déterminé qu’il n’y avait pas de corrélation génétique claire entre les feuilles à pointe couleur bronze et les feuilles à pointe couleur verte. Cependant, ceci est apparemment dû au fait qu’un seul gène dominant est responsable de la couleur bronze des pointes des jeunes feuilles, alors que les individus possédant des allèles à double récessif produisent de jeunes feuilles à pointe verte. Ceci explique pourquoi notre analyse basée sur l’évaluation des SNP dans des banques à représentation réduite de chaque génome d’échantillons ne pouvait pas permettre de déterminer une corrélation distincte basée sur un seul gène.

De plus, nos analyses n’ont indiqué aucune corrélation génétique claire entre les différents types morphologiques de Geisha. Cependant, même s’il n’existait pas de corrélation directe, les résultats indiquaient une assez grande variation génétique entre les échantillons de Geisha. Enfin, lorsque nous avons examiné la variation génétique de l’ensemble de nos échantillons, il existait une distinction génétique claire entre les échantillons de Catuai et les échantillons de Geisha, ce qui était attendu en raison du fait que le Catuai est un descendant du Caturra et du Mundo Nuevo, en faisant un descendant des deux variétés Typica et Bourbon. Cependant, il y avait une exception : l’un des Geisha de plus petite taille a montré une parenté génétique plus étroite avec les échantillons de Catuai par rapport au groupe des Geisha. Bien qu’il y ait eu deux échantillons différents de Geisha de plus petite taille inclus dans l’analyse, le deuxième échantillon a montré davantage de liens génétiques avec les échantillons de Geisha. Cela suggère qu’un gène spécifique est peut-être à l’origine de cette caractéristique morphologique. La possibilité d’étudier la génétique du café m’a permis de mieux comprendre cette plante fascinante et comment une industrie entière dépend de la culture et de la chaîne de valeur d’une seule espèce.

En ce qui me concerne, la principale conclusion de mes recherches est la suivante : cette variété éthiopienne a pu être cultivée avec succès en Amérique latine, ce qui lui confère non seulement une composition génétique unique, mais également un profil fascinant (diabolique !) dans la tasse. Ainsi, nous devrions non seulement rediriger les ressources pour créer de nouvelles variétés, mais également partager des variétés génétiquement diversifiées d’Éthiopie et des régions voisines avec d’autres pays du monde. Nous vivons une époque unique et nous sommes confrontés à ces problèmes complexes, mais nous avons également accès à une technologie incroyable qui peut nous aider à surmonter ces menaces. Je pense que notre industrie continuera à s’améliorer, mais cela nécessite de remettre en cause le statu quo et de rester ouvert à l’innovation. Je souhaiterais que nous redirigions notre attention et nos ressources sur les éléments essentiels de notre industrie : le matériel végétale capable de produire un café de haute qualité.

STEPHANIE ALCALA est bénéficiaire de la bourse d’études LEAD de la SCA. Elle est titulaire d’un Bachelor (licence) en sciences de l’environnement du Whittier College et d’un Master en écologie et en biologie évolutive de l’Université du Michigan, deux diplômes qui éclairent son travail en tant que responsable de la durabilité de Coffee Manufactory.

[1] L’orthographe du nom de cette variété suscite beaucoup de controverse. Dans cet article, j’utilise le terme Geisha pour indiquer le cultivar du Panama (j’ai recueilli mes échantillons au Panama, où le nom Geisha est utilisé et directement associé au Panama) et le terme Gesha pour désigner la variété éthiopienne, même si cela n’est peut-être pas encore tout à fait juste. Selon des documents historiques, le matériel végétal a été découvert en Éthiopie, près du village de Gorei (également appelé Bardo ou Borde), sur le versant nord-est de la montagne Geisha et a finalement été acheminé au Panama.  Peut-être devrions-nous, en fait, appeler cette variété Gorei !

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