作者:林志鵬/有勁生物科技

 

  凌晨兩點,熱血研究生的你強打精神,盯著電腦上一連串NGS序列比對圖。突然一個不留神,瞌睡蟲巴了你的頭,桌子被撞,咖啡打翻了……瞬時間,電腦當機人腦驚醒,你楞看著螢幕,想哭卻又哭不出來……你一邊擦桌子一邊思忖著,啊,這個場景好像在哪篇很經典的文裡看過。此時一縷謎樣之音在心中升起~「累了嗎?聽首歌好嗎?」,倏然想起了張學友這陣子正在巡迴演唱,於是你回到電腦前,移動了手中的滑鼠,點了首他的經典名曲《咖啡》

 

《張學友 - 咖啡》

影片來源:You Tube - f3lixlee. (2016 Jun 5).

 

 

  隨著悠揚樂音響起,你沈醉在張學友磁性的歌聲裡。突然,你眉頭一皺,發覺歌詞並不單純,「為什麼張學友這杯咖啡會苦得讓他說不出話來?」。此時心中那一縷謎樣之音又傳來~「因為咖啡濃啊」。你搖了搖頭,心想:「It’s not science!一定有別的原因」。熟練地,你打開了google,發現2014年發表在Science期刊的一篇文章1,內容在探討咖啡的定序結果,此時的你露出滿意笑容:「It is science!」。

 

  飛快研讀過此篇文獻及其他相關資料後,你赫然發現,目前市面上我們所喝的咖啡,原來都是來自兩個主要的咖啡豆品種。一是常聽到的阿拉比卡豆(Coffea arabica),一是羅布斯塔豆(Coffea canephora,又稱Robusta)。兩者都是名列生物分類系統裡「植物界-被子植物門-雙子葉植物綱-龍膽目-茜草科-咖啡屬(Coffea)」 底下的品種。前者是目前咖啡市場的主流豆種,佔世界咖啡產量的三分之二,風味酸甜、口感多層次且香氣優雅,咖啡因含量較低(只佔生阿拉比卡豆重量的1%左右);多用來沖製精品咖啡和濾滴咖啡。後者則佔世界咖啡產量的三分之一,風味濃苦厚重,咖啡因含量較高(佔生羅布斯塔豆重量的2%左右),多用於製作即溶咖啡咖啡、罐裝咖啡以及義式濃縮咖啡。

 

圖一、阿拉比卡豆與羅布斯塔豆的外觀比較

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 圖片來源:Liberow, Y. 2011, Oct 14. Coffee Academy. Retrieved from https://www.aquaspresso.co.za/coffee-beans-differences-between-arabica-and-robusta-coffee-beans/

 

  從基因學的角度來看,兩個品種最大差異在於阿拉比卡豆是咖啡屬(Coffea)裡面唯一的四倍體植物(意即染色體有四套,每套11條,總數為44條),且為雌雄同株、自花受粉,抗病蟲力及適應力弱。羅布斯塔豆則和咖啡屬的其他物種一樣,均為二倍體植物(意即染色體有二套,每套11條,總數為22條) ,雌雄異株、異花受粉,抗病蟲力及適應力強。看到這裡,三更半夜研讀咖啡基因學的你不由得熱淚盈眶:「原來阿拉比卡跟我一樣都是大自然的怪咖啊」。

 

  更奇特的是,阿拉比卡豆額外多出來的兩套染色體並非由單一咖啡物種自行複製來,而是由羅布斯塔豆與歐基尼奧伊德斯(C. eugenioides)自然雜交之後,在某些條件因素下,額外複製出來的。阿拉比卡豆的四倍體,又稱作「異源四倍體;allotetraploid」, 此讓阿拉比卡這優秀的咖啡品種有了繁殖後代的能力。看到這裡,你不由得又熱淚盈眶:「原來阿拉比卡跟我一樣都是自然界的奇蹟阿」。

 

  再往下讀,你發現作者大概想要快點發paper在這篇文章1中,選擇羅布斯塔豆作為定序對象,利用Roche 454以及Illumina這兩個平台的定序資料,獲得了568Mb的基因體組裝結果(羅布斯塔豆的基因體大小為710Mb,因此約有20%尚未被組裝完成)。從組裝好的序列裡,作者利用多重資料來源,包括cDNAs、RNA-Seq、protein alignments、ab initio predictions等等3,預測出羅布斯塔豆約有25,574個基因與蛋白質生成有關,再從中挑出和咖啡因合成有關的基因進行深入探討。

 

  在植物裡,咖啡因扮演著相當重要的角色;葉子內的咖啡因被認為有防蟲功效,而種子裡的咖啡因則據信有能抑制其他競爭物種發芽的功能。作者發現,從與合成咖啡因有關的基因群來看,羅布斯塔豆和其他也會產生咖啡因的植物(例如茶和可可)有著明顯的差異。藉由羅布斯塔豆本身咖啡因基因群內的相互比較,以及將羅布斯塔豆的咖啡因基因群拿來和茶與可可的咖啡因基因群做比較,作者認為羅布斯塔豆內能夠產生咖啡因的特殊基因群,是正向選擇3(突變的新基因型因為對生物的生存有利而被保留下來)以及趨同演化4(兩種無近緣關係的生物為了適應環境而發展出具相同功能的特徵)的特殊結果。(本篇文獻的咖啡豆序列組裝結果、以及基因預測註解資料等,都可在Coffee Genome Hub這個網頁下載取得。)

 

  幾天後的某日,你硬著頭皮跟指導教授報告實驗最新的零進展進度,教授一邊聽你報告一邊喝著你沖給他的咖啡,沉言道:「這是怎麼了?我怎麼會苦得說不出話呢,有一種特殊的苦澀感…」;你心中默默的回答:「是羅布斯塔,我加了羅布斯塔。」。

 

恭喜順利逃過一劫的你~

 

註:咖啡會苦澀的原因很多,除了品種之外,水溫、研磨粗細、烘焙程度、沖煮方式都有影響,而本文探討的咖啡因只是其中一項關鍵因素。

 

參考文獻

1. Denoeud, F., Carretero-Paulet, L., Dereeper, A., Droc, G., Guyot, R., Pietrella, M., ... & Aury, J. M. (2014 Sep 5). The coffee genome provides insight into the convergent evolution of caffeine biosynthesis. Science, 345(6201), 1181-1184. https://doi.org/10.1126/science.1255274

2. Liberow, Y. (2011, Oct 14). Coffee beans: differences between arabica and robusta coffee beans. Coffee Academy. Retrieved from https://www.aquaspresso.co.za/coffee-beans-differences-between-arabica-and-robusta-coffee-beans/

3. 定向選擇。檢自《維基百科https://zh.wikipedia.org/wiki/定向選擇》

4. 趨同演化。檢自《維基百科https://zh.wikipedia.org/wiki/趨同演化》

5. Coffee Genome Hub. http://coffee-genome.org

6. 韓懷宗 (2012)。精品咖啡學。台北市:推守文化

 

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