茶樹的基因組成可解釋為何茶葉有多種口味

最受歡迎的茶葉品種包括紅茶，綠茶，烏龍茶，白茶和柴茶等，都來自常綠灌木茶（Camelliasinensis山茶屬）的葉子。儘管茶的文化和經濟意義非常重大，然而人們對茶葉背後的茶樹卻知之甚少。茶樹基因組的檢測可能有助於解釋為什麼茶葉富含抗氧化劑和咖啡因成分。

了解茶樹與其近親遺傳上的不同之處可能有助於茶葉種植者了解什麼使中華茶葉如此特別。茶屬含有100多種，包括幾種流行的裝飾花園植物和生產「茶樹」油的C.Oleifera，但只有兩個主要品種（C.Sinensis. Var. Assamica和C.Sinensis.var. Sinensis）被商業化種植。「茶葉有許多不同的口味，但這個神秘之處在於茶葉的口味由什麼決定或茶味的遺傳基礎是什麼？」中國昆明植物研究所植物遺傳學家高立志說。

以前的研究表明，茶葉的許多風味都歸功於稱為類黃酮的一類抗氧化劑，被認為幫助植物在環境中生存的分子。一種稱為兒茶素的苦味類黃酮與茶味特別相關。兒茶素和其他類黃酮的含量在不同茶樹種類中不同，咖啡因也是如此。高先生和他的同事發現，C.sinensis葉不僅含有高水平的兒茶素、咖啡因和類黃酮，而且還具有產生咖啡因和類黃酮的基因拷貝。

咖啡因和類黃酮如兒茶素並不是蛋白質（因此不能直接在基因組中編碼），而是由茶葉中被遺傳編碼產生的蛋白質來進一步製造它們。所有的茶樹種類都有咖啡因和類黃酮生成途徑的合成基因，但每個物種那些相關基因的表達水平不同。這種差異可能解釋了為什麼C.sinensis葉子適合製作茶葉，而其他山茶的葉子不適合做茶葉。

高教授和其他同事認為，茶樹基因組中超過一半的鹼基對（67％）是反轉錄轉座子序列的一部分，或者成為「跳躍基因」，這些基因已經複製並粘貼到基因組的多個不同位點。大量的反轉錄轉座子導致茶樹的基因組大小的急劇擴大，並且可能有許多重複的某些基因，包括抗病的基因。研究人員認為，這些「擴大」的基因家族會幫助茶樹適應不同的氣候和環境壓力，因為茶樹可以在在多個大陸上廣泛的氣候條件下生長良好。由於大部分的反轉錄轉座子複製和粘貼似乎在茶樹的進化歷史上最近都發生了，研究人員認為至少有一些基因的重複是由於種植所產生的。

然而，這些重複的基因和大量的重複序列也將茶樹基因組的「組裝」變成了一場艱苦的戰鬥。高教授表示：「我們的實驗室已成功測序並組裝了二十多種植物基因組。「但這個茶樹基因組的組裝很艱難。」

一方面，茶樹基因組比原來預期的要大得多。茶樹基因組長度為30.2億個鹼基對，是咖啡基因組大小的四倍以上，遠遠大於大多數測序植物。更加複雜的是，這些基因許多是重複的或近似重複的。整個基因組太長，無法順序排列，相反，科學家必須複製成千上萬的基因組片段，對其進行排序，並確定出現在多個片段中的重疊序列。這些重疊位點成為正確排列基因碎片順序的標誌。然而，當基因組本身包含重複數百或數千次的序列時，這些重疊的序列無法在基因組群中得到正確識別。這就像組裝一個百萬塊拼圖，所有的中間片看起來幾乎完全一樣。總而言之，即使使用現代測序方法，組裝基因組也要花費5年多的時間。

此外，未來還有更多的工作要做，無論是在二次檢查基因組草圖還是測序世界各地的不同茶樹品種方面。「隨著遺傳圖譜和新的測序技術的輔助，我們正在研究一種更新茶樹基因組，以調查一些風味。」「我們將看基因拷貝數的變化，看看它們如何影響茶的性質，如茶的口味。我們想要得到不同茶樹變異的遺傳圖譜，並解釋茶樹是如何進化、栽培和分散到世界不同地區的。

Materials providedbyCell Press.Note: Content may be edited for style and length.

點擊播放 GIF/150K

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！