Convocatoria 2008
Título corto

Genoma del café

Temas

Andes Café Centro America y el Caribe

Paises

Colombia Costa Rica Estados Unidos Francia Honduras Panamá Republica Dominicana

Fuente de Financiamiento: fontagro
Recursos Solicitados US$: 500000
Recursos Contrapartida US$: 1000000
Monto total estimado US$: 2000000
Periodo de Ejecución (meses): 36
Resumen Ejecutivo

El cultivo del café es de importancia estratégica para la estabilidad económica, social y política de la mayoría de los países miembros del FONTAGRO (10 de los 15 países miembros) debido a que es uno de los principales productos agrícolas de exportación y generación de divisas de la zona. América Latina (a través de la producción combinada de Brasil, Colombia, México, Perú y Central América (Guatemala, Honduras, Costa Rica, Salvador y otros) es el principal productor en el mundo de Coffea arabica. Esta especie es altamente apreciada en el mercado mundial por su mejor calidad y representa 70% del Mercado. Después de Brasil, Colombia es el segundo productor mundial de C. arabica (12.4 millones de sacos de 60 kg). Otros países productores en América Latina en orden de producción son México (4.5 millones de sacos de 60 kg), Guatemala (4.0), Honduras (3.83), Perú (3.19), Costa Rica (1.88), Nicaragua (1.75) y Salvador (1.47); y en menor escala Ecuador (0.95), Venezuela (0.87), República Dominicana (0.50), Paraguay (0.35) y Panamá (0.15) (http://www.ico.org ).

A pesar de la gran importancia a nivel económico y social para más de 60 países en desarrollo del mundo, el café ha recibido muy poco apoyo internacional para estudios moleculares genéticos y genómicos. Dadas las condiciones específicas de temperatura, humedad y suelos que requiere el café, se anticipa que el cambio climático afectaría negativamente la producción a nivel mundial particularmente en América Latina. El cultivo del café está localizado entre las latitudes 25° N y 25° S y requiere condiciones ambientales muy específicas (temperatura, lluvias, luminosidad, suelos, etc.) para su producción comercial. Avances significativos en el estudio del genoma del café y su biología deberán lograrse en los próximos años para incrementar calidad, productividad y proteger el cultivo de daños causados por insectos, enfermedades y estrés abiótico asociado a cambios climáticos (e.g. variabilidad en la temperatura ambiente, precipitación, sequías, salinidad, etc.).

El proyecto propuesto: “Desarrollo e implementación de herramientas genómicas de avanzada para contribuir a la adaptación de la caficultura al cambio climático” contribuirá a través de un mejor conocimiento del genoma del café al desarrollo de variedades resistentes y mejor adaptadas a cambios climáticos y a una mayor utilización y preservación del germoplasma del género Coffea. Este proyecto se desarrollará mediante un Consorcio de Investigación liderado por Colombia a través de la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia (FNC), el Centro Nacional de Investigaciones de Café (CENICAFE) y la Universidad de Cornell con la participación de 10 países miembros de FONTAGRO: Colombia, Costa Rica, Ecuador, Honduras, Nicaragua, Panamá, Paraguay, Perú, República Dominicana, y Venezuela. Esta alianza nos permitirá tener un mayor impacto a nivel de cooperación regional hemisférica para promover tecnologías genómicas innovadoras que garanticen la sostenibilidad futura de la caficultura Latinoamericana. CATIE participará en el proyecto por su interés en caracterización, preservación y utilización de una de las colecciones internacionales ex situ de germoplasma de Coffea más grandes del mundo y su participación facilitará exploración de germoplasma de Coffea para estudios de adaptabilidad a cambio climático. El seguimiento científico del proyecto será hecho por el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT).
Dado el incremento en el consumo del café en los últimos años, las innovaciones tecnológicas basadas en un mayor conocimiento del genoma del café serán esenciales en el contexto de cambios climáticos para poder cumplir las exigencias de los consumidores. El uso de tecnología genómica de avanzada para el desarrollo de variedades resistentes de mayor calidad y productividad permitirá responder al desafío del Mercado mundial que consume alrededor de 120 millones de sacos por año y registra un crecimiento de casi el 2% anual. Además tecnologías genómicas de avanzada permitirán promover el consumo de café de calidad para garantizar la sostenibilidad futura de la industria.

Nuestro objetivo es acelerar el conocimiento del genoma del café y la exploración y utilización de germoplasma, mediante: 1) la construcción del mapa físico del café basado en las dos especies diploides que originaron la especie tetraploide (Coffea arabica): C. eugenioides y C. canephora; 2) el uso de las nuevas tecnologías de secuenciación para dilucidar los genes que están presentes en el genoma del café. Este conocimiento nos permitirá localizar los genes de importancia económica en la producción de café y su posterior manipulación en los programas de selección de nuevas variedades. Las variedades mejoradas son la alternativa más económica y la tecnología de más fácil transferencia para manejar problemas de enfermedades y plagas, así como aspectos de calidad tales como tamaño de grano y características organolépticas. Por ser un cultivo perenne, el mejoramiento de variedades de café es un proceso muy lento, que además requiere de extensos lotes experimentales y mediciones durante varias cosechas. La genómica, permite la identificación y localización de genes de importancia y su caracterización rápida en progenies de interés y es por lo tanto una herramienta esencial para asistir al mejoramiento genético del café y de otros cultivos perennes.

En la actualidad los caficultores no cuentan con variedades resistentes al ataque de plagas y enfermedades cuya incidencia aumentaría en el caso del cambio climático y eso con llevaría al empleo excesivo del control químico con sus impactos ambientales. En consecuencia, es crítico para la sostenibilidad futura de la producción de café generar soluciones que incluyan el desarrollo y utilización de herramientas novedosas de genómica y tecnología de avanzada ya que los métodos tradicionales no han sido eficaces por ser costosos, lentos y no efectivos. Los beneficios directos serán el desarrollo de herramientas genómicas que permitan acelerar la producción de variedades con resistencia a insectos y enfermedades y explorar a nivel de plasticidad y adaptación la utilización de germoplasma para evitar reducción significativa a nivel de producción y calidad permitiendo la producción sostenible del café.

Organismo Ejecutor
1. Federación Nacional de Cafeteros (FEDECAFE) - Bogotá, Colombia

Nombre y Apellido del Contacto: Gabriel Cadena

Cargo: Director CENICAFÉ

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Teléfono:

País: Colombia

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución: Gabriel Silva, CEO

Organismos Co-ejecutores
1. Instituto del Café de Costa Rica (ICAFE) - San José, Costa Rica

Nombre y Apellido del Contacto: Ronald Peters

Cargo: Director Ejecutivo

Email:

Teléfono:

País: Costa Rica

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

2. Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza (CATIE) - Turrialba, Costa Rica

Nombre y Apellido del Contacto: Andreas W. Ebert

Cargo: Coordinador Unidad de Recursos Genéticos y Biotecnología

Email:

Teléfono:

País: Costa Rica

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

3. PROMECAFE (PROMECAFE) - Ciudad de Guatemala, Guatemala

Nombre y Apellido del Contacto: Guillermo Canet

Cargo: Secretario Ejecutivo, Promecafé/IICA

Email:

Teléfono:

País: Guatemala

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

4. Ministerio de Desarrollo Agropecuario () - Panamá, Panama

Nombre y Apellido del Contacto: Jorge Alemán

Cargo: Director de Cooperación Internacional

Email:

Teléfono:

País: Panamá

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

5. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) - Cali, Colombia

Nombre y Apellido del Contacto: Joe Tohme

Cargo: Líder de Proyecto de Agrodiversidad y Biotecnología

Email:

Teléfono:

País: Colombia

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

6. Consejo Dominicano del Café (CODOCAFE) - Santo Domingo, República Dominicana

Nombre y Apellido del Contacto: Richard Peralta

Cargo: SubDirector

Email:

Teléfono:

País: República Dominicana

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

7. Instituto Hondureño del Café (IHCAFE) - Tegucigalpa, Honduras

Nombre y Apellido del Contacto: Mario Ordóñez

Cargo: Gerente Técnico

Email:

Teléfono:

País: Honduras

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

Organismos Asociados
1. Institut de Recherche pour le Développement (IRD) - Marseille, France

Nombre y Apellido del Contacto: Philippe Lashermes

Cargo: Director of Research

Email:

Teléfono:

País: Francia

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

2. Cornell University () - Ithaca, NY, United States

Nombre y Apellido del Contacto: Marcela Yepes

Cargo: Co-coordinadora de la Colombian Coffee Genomics Initiative

Email:

Teléfono:

País: Estados Unidos

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

3. Center for Bioinformatics and Computational Biology - University of Maryland (CBCB) - College Park, United States

Nombre y Apellido del Contacto: Steven Salzberg

Cargo: Director

Email:

Teléfono:

País: Estados Unidos

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

4. Arizona Genomics Institute (AGI) - Tucson, United States

Nombre y Apellido del Contacto: Rod Wing

Cargo: Director

Email:

Teléfono:

País: Estados Unidos

Nombre y Cargo de la Máxima Autoridad de esta Institución:

Antecedentes y Justificación

El café representa todavía uno de los capitales sociales y estratégicos más importantes para varios países Latinoamericanos a pesar de la diversificación de productos de exportación en las últimas décadas. El comercio internacional del café ocupa el segundo lugar en importancia después del petróleo en el mercadeo mundial de “commodities” (productos generadores de divisas) con un valor estimado de más de $70 billones de dólares (producción mundial 120 millones de sacos de 60 kg en el 2007). El café es cultivado por más de 60 países (la mayoría países en desarrollo) en zonas tropicales de Africa, Centro y Sur América, y Asia. En el mundo hay más de 10 millones de hectáreas cultivadas en café y más de 120 millones de personas dependientes del cultivo (http://www.ico.org ). La especie tetraploide Coffea arabica (cultivada entre los 1000 y 2000 metros de altura sobre el nivel del mar) y la especie diploide C. canephora (conocida como robusta, cultivada por debajo de los 700 metros sobre el nivel del mar) son las únicas dos especies del género Coffea que se producen comercialmente y representan respectivamente 70 y 30% del mercado internacional. C. arabica es cultivada principalmente en LatinAmérica y es apreciada en el mercado internacional por su calidad superior de taza. C. canephora es cultivada tanto en Africa como en Asia. Brasil es el primer productor de café del mundo y produce tanto C. arabica como C. canephora con una producción combinada de 33.7 millones de sacos de 60 Kg. Colombia es el segundo productor del mundo de C. arabica (12.4 millones de sacos de 60 kg) y Vietnam es el primer productor del mundo de C. canephora (15.9 millones de sacos de 60 Kg) (http://www.ico.org ). El género Coffea pertenece a la familia Rubiaceae de las Angiospermas (plantas que producen flores) con más de 600 géneros y 13.500 species (Clifford and Wilson, 1985). El género Coffea incluye más de 100 especies diploides excepto por Coffea arabica la única especie tetraploide del género (Engelmann et al. 2007).C. arabica se originó hace aproximadamente 10.000 años de la fusión de dos especies diploides ancestrales C. canephora y C. eugenioides (Lashermes et al.1999). C. canephora está distribuída largamente en los bósquedos tropicales bajos de Africa occidental y central, mientras C. eugenioides, está más adaptada a las regiones más secas y frías, y se encuentra en las regiones altas de montaña en Africa cercana a la zona donde se originó C. arabica La especie C. arabica se originó en las montañas de Etiopia (probablemente en la provincia de Kaffa), el sureste de Sudán, y la parte norte de Kenia. Del noreste del Africa, el café se difundió a la Península Arábica donde en el siglo XV se registró por primera vez su consumo como bebida y continuó su dispersión en el siglo XVI a Turquía, Siria y Egipto donde aparecieron las primeras “coffee houses” (salones de café), lugares de reunión similares a las tabernas. Los salones de café fueron introducidos en Europa y en América en el siglo XVII donde se hizo popular el consumo del café.<br /> <br /> Los holandeses llevaron el café de la Península Arábica (desde el Puerto de Mocka en Yemen) a la India y a la Isla de Java (Indonesia) a fines del siglo XVII. En poco tiempo las colonias holandesas en India e Indonesia se convirtieron en las exportadoras de café para Europa. A comienzos del siglo XVIII, los holandeses introdujeron plantas de café de Java al Jardín Botánico de Amsterdam de donde algunas plantas fueron enviadas a Francia. A comienzos del siglo XVIII, los franceses trajeron plantas de café a su colonia en Martinica de donde el cultivo se difundió a otras islas del Caribe. Los holandeses introdujeron el café en su colonia en Surinam de donde se expandió el cultivo a la Guayana francesa y a Brasil

Fin del proyecto

El objetivo de este proyecto es garantizar a través de tecnología genómica de avanzada la competitividad y sostenibilidad de la producción de café de alta calidad en el Mercado mundial (mediante la reducción en los costos de producción, el desarrollo de variedades resistentes y más adaptadas a éstres bióticos/abióticos, el aumento en la producción y el énfasis en calidad) en el contexto de cambios climáticos. En el caso del café, un conocimiento más profundo del genoma podrá ayudarnos al desarrollo de variedades que sean más adaptables a cambios climáticos. La adaptación planificada a estos efectos permitirá anticiparnos mediante el desarrollo de variedades tolerantes a estrés abiótico y resistentes a plagas y patógenos para reducir los efectos combinados del cambio climático que podrían

Propósito

Uno de los logros e impacto directo más importantes de este proyecto piloto será el crear una red de colaboración técnica y científica de excelencia entre los países productores de café miembros de FONTAGRO para garantizar a través de un mayor conocimiento/ dilucidación del genoma del café el desarrollo de herramientas genómicas de avanzada que constituyan la base para acelerar el mejoramiento futuro del café en el contexto de sostenibilidad y adaptación a cambios climáticos. La tecnología genómica de avanzada permitirá acelerar el desarrollo de variedades resistentes y más adaptadas a éstres biótico (insectos y patógenos) y abiótico (exceso de lluvias, incremento o reducción de temperatura, déficit hídrico; cambios en la dinámica física, química o microbiológica del suelo.

Componentes

El programa cuyo objetivo es profundizar en el conocimiento del genoma del café tiene tres componentes generales:
1. La construcción del mapa físico del café C. arabica basado en librerías genómicas de largo inserto BAC de sus dos parentales ancestrales diploides: C. canephora y C. eugenioides. El mapa físico del café construído a partir de sus ancestros diploides servirá de base para la secuenciación del genoma del café dada la complejidad genética del tetraploide C. arabica.
2. Secuenciación del genoma del café utilizando las nuevas tecnologías de secuenciación con énfasis en ensamblaje, anotación y caracterización de áreas del genoma que contengan genes de importancia para la producción de café en el contexto de cambio climático.
3. Desarrollo de herramientas genómicas de avanzada para caracterización, conservación, y utilización de germoplasma de Coffea que permitan el desarrollo y mejoramiento genético de variedades con potencial de adaptación a efectos de cambios climáticos (temperatura, sequía, inundaciones, etc.).

Actividades y Metodología

Nuestro objetivo es acelerar el conocimiento del genoma del café y la exploración y utilización de germoplasma, mediante: 1) la construcción del mapa físico del café basado en las dos especies diploides que originaron la especie tetraploide Coffea arabica: C. eugenioides y C. canephora; 2) el uso de las nuevas tecnologías de secuenciación para dilucidar los genes que están presentes en el genoma del café; 3) el desarrollo de herramientas genómicas para caracterización de germoplasma. Este conocimiento nos permitirá localizar los genes de importancia económica en la producción de café y su posterior manipulación en los programas de selección de nuevas variedades.

Resultados Esperados y Productos a obtener por cada componente

1) Construcción del mapa físico del café basado en los ancestros diploides de C. arabica: C. canephora y C. eugenioides para permitir estudios estructurales y funcionales a nivel genómico, así como para servir de base para la secuenciación del genoma del café utilizando las nuevas tecnologías de secuenciación. 2) Integración a nivel informático de los recursos genómicos que se desarrollarán para las tres librerías BAC de C. arabica, C. canephora, C. eugenioides para permitir por primera vez análisis de genómica comparativa entre estas tres especies del género Coffea. Nota: La librería BAC de C. arabica que se utilizará en este proyecto fué construída, fingerprinted y BAC end sequenced en la Universidad de Arizona a través de un proyecto colaborativo con CENICAFE co-financiado por la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia y el Ministerio de Agricultura. La construcción de la librería BAC de C. canephora que se usará en este proyecto fué contratada en la Universidad de Arizona con financiación del IRD/CIRAD. 3) Obtención de nuevos marcadores moleculares para las tres especies que servirán para relacionar (anchoring) la información del mapa genético molecular y el mapa físico de C. arabica, C. canephora, C. eugenioides 4) Los nuevos marcadores y la integración del mapa físico y genético del café facilitarán la clonación de genes que se complementará con estudios citológicos FISH/GISH (Herrera et al. 2006, 2007) para mapeo físico de regiones genómicas que codifiquen características de interés en cromosomas específicos. 5) Adaptación de las nuevas tecnologías de secuenciación para secuenciar el genoma del café con énfasis en areas del genoma de interés para adaptación a cambio climático. 6) Se desarrollarán e implementarán herramientas bioinformáticas para ensamblaje y anotación de las secuencias del genoma de C. arabica basado en los subgenomas de las dos especies diploides parentales. 7) Desarrollo de herramientas genómicas de avanzada para caracterización, conservación, y utilización de germoplasma de Coffea en programas de mejoramiento genético de variedades con potencial de adaptación a efectos de cambios climáticos (temperatura, sequía, inundaciones, etc.). Este trabajo incluirá la caracterización de polimorfismos de interés para adaptación a cambio climático en germoplasma usando las nuevas tecnologías de secuenciación. En colaboración con Cornell University, CENICAFE, IRD y CATIE se analizarán varias colecciones de germoplasma de Coffea para facilitar su caracterización, preservación y utilización futura a través de mapeo de asociación y estudios de linkage disequilibrium con énfasis en adaptación a efectos de cambios climáticos. La construcción del mapa físico del café basado en las dos especies diploides que originaron Coffea arabica

Países del Proyecto