茶树的基因组成可解释为何茶叶有多种口味
2017/5/4 创新医学网

     最受欢迎的茶叶品种包括红茶，绿茶，乌龙茶，白茶和柴茶等，都来自常绿灌木茶(Camelliasinensis山茶属)的叶子。尽管茶的文化和经济意义非常重大，然而人们对茶叶背后的茶树却知之甚少。茶树基因组的检测可能有助于解释为什么茶叶富含抗氧化剂和咖啡因成分。

    

     了解茶树与其近亲遗传上的不同之处可能有助于茶叶种植者了解什么使中华茶叶如此特别。茶属含有100多种，包括几种流行的装饰花园植物和生产“茶树”油的C.Oleifera，但只有两个主要品种(C.Sinensis. Var. Assamica和C.Sinensis. var. Sinensis)被商业化种植。“茶叶有许多不同的口味，但这个神秘之处在于茶叶的口味由什么决定或茶味的遗传基础是什么？”中国昆明植物研究所植物遗传学家高立志说。

     以前的研究表明，茶叶的许多风味都归功于称为类黄酮的一类抗氧化剂，被认为帮助植物在环境中生存的分子。一种称为儿茶素的苦味类黄酮与茶味特别相关。儿茶素和其他类黄酮的含量在不同茶树种类中不同，咖啡因也是如此。高先生和他的同事发现，C.sinensis叶不仅含有高水平的儿茶素、咖啡因和类黄酮，而且还具有产生咖啡因和类黄酮的基因拷贝。

     咖啡因和类黄酮如儿茶素并不是蛋白质(因此不能直接在基因组中编码)，而是由茶叶中被遗传编码产生的蛋白质来进一步制造它们。所有的茶树种类都有咖啡因和类黄酮生成途径的合成基因，但每个物种那些相关基因的表达水平不同。这种差异可能解释了为什么C.sinensis叶子适合制作茶叶，而其他山茶的叶子不适合做茶叶。

     高教授和其他同事认为，茶树基因组中超过一半的碱基对(67%)是反转录转座子序列的一部分，或者成为“跳跃基因”，这些基因已经复制并粘贴到基因组的多个不同位点。大量的反转录转座子导致茶树的基因组大小的急剧扩大，并且可能有许多重复的某些基因，包括抗病的基因。研究人员认为，这些“扩大”的基因家族会帮助茶树适应不同的气候和环境压力，因为茶树可以在在多个大陆上广泛的气候条件下生长良好。由于大部分的反转录转座子复制和粘贴似乎在茶树的进化历史上最近都发生了，研究人员认为至少有一些基因的重复是由于种植所产生的。

     然而，这些重复的基因和大量的重复序列也将茶树基因组的“组装”变成了一场艰苦的战斗。高教授表示：“我们的实验室已成功测序并组装了二十多种植物基因组。“但这个茶树基因组的组装很艰难。”

     一方面，茶树基因组比原来预期的要大得多。茶树基因组长度为30.2亿个碱基对，是咖啡基因组大小的四倍以上，远远大于大多数测序植物。更加复杂的是，这些基因许多是重复的或近似重复的。整个基因组太长，无法顺序排列，相反，科学家必须复制成千上万的基因组片段，对其进行排序，并确定出现在多个片段中的重叠序列。这些重叠位点成为正确排列基因碎片顺序的标志。然而，当基因组本身包含重复数百或数千次的序列时，这些重叠的序列无法在基因组群中得到正确识别。这就像组装一个百万块拼图，所有的中间片看起来几乎完全一样。总而言之，即使使用现代测序方法，组装基因组也要花费5年多的时间。

    

     此外，未来还有更多的工作要做，无论是在二次检查基因组草图还是测序世界各地的不同茶树品种方面。“随着遗传图谱和新的测序技术的辅助，我们正在研究一种更新茶树基因组，以调查一些风味。”“我们将看基因拷贝数的变化，看看它们如何影响茶的性质，如茶的口味。我们想要得到不同茶树变异的遗传图谱，并解释茶树是如何进化、栽培和分散到世界不同地区的。

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