天天喝咖啡你却不知道，为什么咖啡要合成咖啡因？

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我们每天喝掉22.5亿杯咖啡，算起来大约3-4个人一天喝掉一杯；这么多人喝咖啡，种植咖啡的面积自然不会太小。 全球种植咖啡的面积有1100万公亩。

最近，咖啡的基因体已经定序完成了。 虽然用来定序的不是阿拉比卡咖啡（Coffea arabica，有44条染色体），而是Coffea canephora（C. canephora，22条染色体， 又称为C. robusta，约占世界咖啡总产量的30%）；不过阿拉比卡咖啡是C. canephora与C. eugenioides的杂交种。

C. canephora的花。 图片来源：wiki

C. canephora咖啡的基因体由22条染色体构成，总大小是710 Mb（Megabase）。 710 Mb有多大呢？ 想象整个咖啡的基因体印出来在我们面前，我们以一秒一字的速度来念，要念22年又6个多月才念得完。 分析的结果咖啡总共有25,574个产生蛋白质的基因，92个产生microRNA的基因。 另外，整个基因体大约有一半是转位子（transposable element）。

咖啡的基因体中，较特别的部分是，与抗病相关的基因（R基因）在演化上出现了串联重复（tandem duplication）的现象；而合成酚醛类次级化合物（phenylpropanoids）的基因也变多了。 这些基因包括合成类黄酮（isoflavone and flavnoids）的酵素、合成生物碱（alkaloids）的酵素、合成单萜（monoterpene）的酵素、以及合成咖啡因（caffeine）的酵素等。

有没有想过咖啡为何要合成咖啡因呢？ 其实咖啡合成咖啡因，主要是为了抗虫（在叶片）以及抑制其他植物的种子发芽。 居住在衣索比亚的人类，无意中发现了它有提神的效果，便开始采取它的果实。

C. canephora的果实，完全成熟的果实是鲜红色的。 图片来源：wiki

生产咖啡因，对于咖啡的生存竞争能力显然很重要。 在基因体中，研究团队看到有一个由23个基因构成的群集；与其他两种会生产咖啡因的植物（茶Camellia sinensis、可可 cacaoTheobroma cacao）有明显的不同。

虽然许多植物在演化过程中，都出现了产生多倍体的现象（如小麦、玉米、甘蓝菜、蕃茄等），但是咖啡并没有出现多倍体，而只是选择性的以串联重复的方式，将部分的基因扩张，来提升自己的竞争力。

笔者每每看到这些证据都会想：我们把植物用来赶虫的「毒素」当作宝来吸（如香烟）、喝（如咖啡、茶），植物有知，一定会哑然失笑。 当然，一个物质是药或是毒，往往只是剂量的差别，最近也常常看到研究报告提到一天一杯咖啡是比较适当的？ 酗咖啡如笔者，近年来为了心脏跟神经的健康，也早已控制在一天一杯（之前最严重的时候是一天四杯），任何事物都是尽量控制在「中道」，比较适当，不是吗？