Robuster dank Koffein

Im Laufe der Evolution begannen Kaffee, Kakao- und Teepflanzen unabhängig voneinander, Koffein herzustellen. Der Grund ist, der Wachmacher schütz die Pflanzen unter anderem vor schädlichen Insekten.

Für viele Menschen beginnt der Tag mit einer kleinen Dosis Koffein. Je nach Vorliebe in Form einer Tasse Kaffee oder Tee. Forscher haben kürzlich das Genom der Kaffepflanze Coffea Canephora, auch bekannt als Robusta- oder Tieflandkaffee, vollständig sequenziert und dabei neue Erkenntnisse zur Koffeinproduktion gewonnen. Obwohl der Robusta-Kaffe wirtschaftlich weniger bedeutsam ist als der Arabica Kaffe, konzentrierten sich die Forscher aufgrund der geringeren Chromosomenzahl (22 bei Robusta und 44 bei Arabica) auf den, wie der Name schon sagt, widerstandsfähigeren und robusteren Kaffee. Der Tieflandkaffe macht ungefähr 30% der weltweiten Kaffeeernte aus.

23 Gene steuern Koffeinproduktion bei Kaffee

Bei der Untersuchung des Erbguts der Kaffeepflanze identifizierten die Forscher eine Genfamilie (ORTHOMCL170), die aus 23 Genen besteht, welche an der Produktion von Koffein beteiligt sind. Diese codieren drei Enzyme (N-Methyltransferasen), die bei den wesentlichen Schritten der Umwandlung des Ausgangsstoffs Xanthosin, zu Koffein eine tragende Rolle spielen. Xanthosin ist ein Nukleosid, ein Molekül ähnlich der Nukleotide, jedoch ohne einen Phosphatrest.

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In der Evolution schlug der Kaffee einen eigenen Weg ein

Die Forscher stellten fest, dass sich die Koffeinproduktion bei der Kaffeepflanze auf genetischer Ebene von der beim Kakao (Theobroma cacao) und Tee (Camellia sinensis) unterscheidet. Die Gene der für die Koffein-Synthese verantwortlichen Genfamilie (ORTHOMCL170) weisen innerhalb des Erbguts des Kaffees eine größere Ähnlichkeit auf, als zu den Genen, die beim Kakao oder Tee beteiligt sind. Die Forscher schließen daraus, dass Kaffee, Kakao und Tee unabhängig voneinander begonnen haben, Koffein zu produzieren.

Vor dem Hintergrund der Unterschiede auf der genetischen Ebene, ziehen die Forscher eine unabhängige stammesgeschichtliche Entwicklung in Betracht, die im Endeffekt jedoch zu einem ähnlichen Ergebnis geführt hat. Dieses Phänomen wird auch als konvergente Evolution oder kurz Konvergenz bezeichnet. Die Forscher vermuten, dass die Pflanzen im Laufe der Evolution ähnliche ökologische Nischen besetzten, wo sie unter einem ähnlichen positiven Selektionsdruck standen.

Koffein hilft der Kaffeepflanze bei der Verteidigung

Bei der Kaffeepflanze wird das Koffein an mehreren Stellen gebildet. Sowohl in den Blättern als auch in den Samen und Früchten. Während es in den Blättern als natürliches Insektenschutzmittel dient, hemmt das in den Samen und Früchten enthaltene Koffein andere Samen an der Keimung, die sich in ihrer unmittelbaren Nähe befinden. Dies wurde im Rahmen früherer Studien nachgewiesen. Diese schützende Wirkung des Koffeins zeigt sich auch bei der Tee- und Kakaopflanze sowie bei einigen weiteren Pflanzen aus der Familie der Rötegewächse (Rubiaceae), zu der auch der Kaffee gehört.

Robuster aufgrund von Genduplikation

Bei der Untersuchung des Kaffees fiel auf, dass ein relativ großer Teil des Erbguts, der für die Bildung von Alkaloiden und Flavonoiden zuständig ist, verdoppelt vorliegt. Diese Genduplikationen, so die Forscher, sind das Ergebnis eines starken Selektions- und Anpassungsdrucks in den Ursprungsgebieten des Kaffees. Diese Verbindungen im Stoffwechsel der Pflanzen dienen hauptsächlich der Verteidigung, sorgen beim Genuss nach einer entsprechenden Verarbeitung und Zubereitung aber auch für das besondere Aroma. Vor dem Hintergrund der wirtschaftlichen Bedeutung des Kaffees in vielen Ländern, würden somit nicht nur die Landwirte und Kaffeeproduzenten von den neuen Erkenntnissen profitieren, sondern perspektivisch auch die Genießer.