Геном чайного дерева содержит подсказки о том, как один лист производит так много вкусов
Самые популярные сорта чая, включая черный чай, зеленый чай, чай улун, белый чай и чай, — все это происходит из листьев вечнозеленого кустарника Camellia sinensis , также известного как чайное дерево. Несмотря на огромное культурное и экономическое значение чая, относительно немного известно о кустарнике за чайными листьями. Тем не менее, первый набросок генома чайного дерева, опубликованный 1 мая в журнале Molecular Plant, может помочь объяснить, почему чайные листья так богаты антиоксидантами и кофеином.
Понимание того, как чайное дерево генетически отличается от его близких родственников, может помочь производителям чая выяснить, что делает листья Camellia sinensis такими особенными. Род Camellia содержит более 100 видов, в том числе несколько популярных декоративных садовых растений и C. oleifera, которая производит масло «чайного дерева», но выращиваются только два основных сорта ( C. sinensis. Var. Assamica и C. sinensis var. Sinensis ). коммерчески для приготовления чая. «Существует много разнообразных вкусов, но загадка в том, что определяет или какова генетическая основа вкусов чая?» говорит генетик растений Лижи Гао из Куньминского института ботаники в Китае.
Предыдущие исследования показали, что чай обязан своим ароматом группе антиоксидантов, называемых флавоноидами, молекулами, которые, как считается, помогают растениям выживать в окружающей среде. Один из них, флавоноид с горьким вкусом под названием катехин, особенно ассоциируется с ароматом чая. Уровни катехина и других флавоноидов у камелий различны , как и у кофеина. Гао и его коллеги обнаружили, что листья C. sinensis не только содержат большое количество катехинов, кофеина и флавоноидов, но также имеют множественные копии генов, которые продуцируют кофеин и флавоноиды.
Кофеин и флавоноиды, такие как катехины, не являются белками (и, следовательно, не кодируются непосредственно в геноме), а генетически кодируемые белки в чайных листьях производят их. У всех видов Camellia есть гены для путей, продуцирующих кофеин и флавоноиды, но каждый вид экспрессирует эти гены на разных уровнях. Этот вариант может объяснить, почему листья C. sinensis подходят для приготовления чая, а листья других видов камелии — нет.
Гао и его коллеги подсчитали, что более половины пар оснований (67%) в геноме чайного дерева являются частью ретротранспозонных последовательностей или «прыгающих генов», которые неоднократно копировали и вставляли себя в разные места в геноме. , Большое количество ретротранспозонов привело к резкому увеличению размера генома чайного дерева и, возможно, многих, многих дубликатов определенных генов, в том числе устойчивых к болезням. Исследователи считают, что эти «расширенные» семейства генов должны были помочь чайным деревьям.адаптируются к различным климатическим условиям и стрессам окружающей среды, так как чайные деревья хорошо растут на нескольких континентах в широком диапазоне климатических условий. Поскольку большая часть копирования и вставки ретротранспозонов, по-видимому, произошла относительно недавно в эволюционной истории чайного дерева, исследователи полагают, что, по крайней мере, некоторые из дупликаций являются реакцией на самосовершенствование.
Однако эти дублированные гены и большое количество повторяющихся последовательностей также превратили сборку генома чайного дерева в тяжелую битву. «Наша лаборатория успешно секвенировала и собрала более двадцати геномов растений», — говорит Гао. «Но этот геном, геном чайного дерева, был жестким».
Во-первых, геном чайного дерева оказался намного больше, чем предполагалось изначально. При длине 3,02 млрд пар оснований геном чайного дерева более чем в четыре раза больше генома кофейных растений и намного больше, чем большинство секвенированных видов растений. Еще более усложняет картину тот факт, что многие из этих генов являются дубликатами или почти дубликатами. Целые геномы слишком длинные, чтобы их можно было упорядочить в одной части, поэтому вместо этого ученые должны скопировать тысячи и тысячи фрагментов генома, упорядочить их и идентифицировать перекрывающиеся последовательности, которые появляются в нескольких фрагментах. Эти перекрывающиеся сайты становятся знаковыми сообщениями для выравнивания фрагментов в правильном порядке. Однако, когда сам геном содержит последовательности, которые повторяются сотни или тысячи раз, эти совпадения исчезают в толпе повторов; Это’
В общем, даже при современном секвенировании сборка генома заняла у команды более 5 лет.
И все же предстоит еще много работы, как с точки зрения двойной проверки проекта генома, так и с точки зрения секвенирования различных сортов чайного дерева со всего мира. «Вместе с созданием генетических карт и новых технологий секвенирования мы работаем над обновленным геномом чайного дерева, который будет исследовать некоторые ароматы», — говорит Гао. «Мы рассмотрим вариации числа копий генов, чтобы увидеть, как они влияют на свойства чая, такие как вкус. Мы хотим получить карту различных вариаций чайного дерева и ответить, как оно было одомашнено, выращено и рассеяно по разным континентам мира».
