超厲害，中國種茶樹基因組草圖公布！

每周一至周日 更新原創文章

iNature：2018年4月20日，安徽農業大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室宛曉春課題組在PNAS上在線發表了題為「Draft genome sequence ofCamellia sinensis var.sinensisprovides insights into the evolutionof the tea genome and tea quality」的研究論文，該論文提供CSS的高質量草圖基因組序列，並提供有關茶葉如何產生豐富多樣的黃酮類化合物和茶氨酸的信息，這些類黃酮和茶氨酸可協同促進茶的適口性和健康益處。

該研究對於茶樹基因組的報道,將促進理解茶樹基因組進化和茶代謝，促進提高質量的茶品種的育種的工作。另外，就在2018年4月18日，安徽農業大學校長程備久課題組與中科院遺傳與發育生物學研究所李雲海課題組、中科院植物研究所鄭雷英課題組等人合作在Nature communications上在線發表了題為「BRI1 and BAK1 interact with G proteins and regulate sugar-responsive growth and development inArabidopsis」的研究論文，研究人員報告BRI1和BAK1參與糖響應的有關生長和發育。葡萄糖以濃度依賴性方式影響BRI1和BAK1的物理相互作用和磷酸化。該研究結果揭示了BR受體與G蛋白結合以調節糖響應性生長和發育的重要遺傳和分子機制（點擊閱讀）。

茶是世界上最受歡迎的飲料，具有豐富的健康益處。茶的消費量已有近5000年的歷史【1,2】。山茶花（L.）O. Kuntze（2n = 2x = 30），其葉子用於生產多種茶，是被子植物Theaceae科的成員。茶樹是中國西南地區的特有種，現在在世界各地種植【3,4】。在過去的十年中，全球茶葉種植面積增加了約66％，在50個茶葉種植國家（350萬公頃）中達到530萬噸（聯合國糧食及農業組織統計數字; www.fao.org/ FAOSTAT /）。遺傳變異，環境因素和各種茶葉加工方式的結合，創造了各種適合不同口味的茶產品，如苦味，澀味和甜味，以滿足世界各地消費者的需求。

茶樹基因組的景觀

栽培茶樹品種主要分為兩大類：Camellia sinensis var. sinensis (CSS; 中國茶) 與 Camellia sinensis var. assamica (CSA; 阿薩姆邦類型)，前者是中國和世界上分布最廣的品種。兩種茶樹種類具有鮮明的特徵。CSS是一種生長較慢的灌木，葉片較小，能夠承受較冷的氣候，而CSA快速生長，葉片較大，對寒冷天氣敏感。因此，CSA主要在非常溫暖的熱帶地區種植，與CSS栽培的更廣泛的地理【5,6】。在農業實踐中，CSS可以在高緯度地區種植，用於優質綠茶生產，而CSA通常加工成紅茶【7】。中國目前大多數精英茶樹品種（約67％）屬於CSS，而CSS為最近茶葉生產的大部分增加提供了種質【8】。

涉及茶氨酸生物合成途徑的關鍵基因

茶的豐富口味和各種健康促進功能主要歸因於約700種生物活性化合物【9】。其中最具特色的是兒茶素（一種黃烷-3-醇類），茶氨酸，咖啡因和揮發物。兒茶素在幼葉中占乾重的12-24％，並且是主要的類黃酮。最活躍和最豐富的兒茶素是綠茶中的EGCG，而在紅茶中，兒茶素通過導致兒茶素氧化的「發酵」聚合成茶黃素和茶紅素【10-11】。兒茶素主要賦予茶的澀味，而咖啡因提供苦味。非蛋白氨基酸茶氨酸（γ-谷氨醯基乙醯胺）有助於茶的鮮味和甜味，並且與放鬆和神經保護有關【12】。茶氨酸佔總遊離氨基酸的50％以上和茶葉乾重的1％至2％。茶科植物還以糖苷的形式合成揮發性萜類化合物和酚類化合物。它們的水解產物與茶葉加工過程中釋放的脂質和類胡蘿蔔素氧化產物一起提供不同類型的茶，具有各種令人愉悅的香味和特色風味。

在過去的二十年中，已經從生物化學，生理學或分子遺傳學角度研究了茶樹植物中這些天然化合物的生物合成【13,14】。然而，這些生物活性化合物在茶中豐富生產的基因基礎，以及對威脅茶葉生產的疾病和昆蟲的反應尚不清楚。缺少參考基因組序列是茶樹基礎和應用生物學的主要障礙。儘管最近報道了一個CSA品種基因組的初步草圖【15】，但尚未報道CSS基因組。安徽農業大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室宛曉春課題組在此提供CSS的高質量草圖基因組序列，並提供有關茶葉如何產生豐富多樣的黃酮類化合物和茶氨酸的信息，這些類黃酮和茶氨酸可協同促進茶的適口性和健康益處。

研究人員使用Illumina和PacBio 高通量測序技術得到Camellia sinensis var.sinensis的基因組序列，在3.1Gb的基因組中，包含至少64%的重複序列以及33,932個高置信度預測編碼蛋白.兩個亞種,CSS( Camellia sinensis var. sinensis)和CSA(Camellia sinensis var. assamica)之間出現差異的時間是0.38到1.54百萬年前.基因共線性分析揭示茶樹基因組分別在30-40百萬年前和90-100百萬年前出現兩輪全基因組複製事件(whole-genome duplications).研究人員發現,這些事件對於對於次級代謝基因,質量的三個關鍵產物的基因有重要影響.對轉錄和植物化學的數據分析表明,編碼脂醯基轉移酶家族和白色花色素還原酶基因的擴增和轉錄的分化是和單體沒食子酸兒茶酚的小葉累積特徵相關。研究者對於茶樹基因組的報道,將促進理解茶樹基因組進化和茶代謝，促進提高質量的茶品種的育種的工作。

參考文獻：

1.Wheeler DS, Wheeler WJ (2004) The medicinal chemistry of tea. Drug Dev Res 61: 45–65.

2. Yang CS, Hong J (2013) Prevention of chronic diseases by tea: Possible mechanisms and human relevance. Annu Rev Nutr 33:161–181.

3. Kingdom-Ward F (1950) Does wild tea exist? Nature 165:297–299.

4. Taniguchi F, et al. (2014) Worldwide core collections of tea (Camellia sinensis) based on SSR markers. Tree Genet Genomes 10:1555–1565.

5. Kaundun SS, Matsumoto S (2003) Development of CAPS markers based on three key genes of the phenylpropanoid pathway in tea, Camellia sinensis (L.) O. Kuntze, and differentiation between assamica and sinensis varieties. Theor Appl Genet 106: 375–383.

6. Ming T, Bartholomew B (2007) Theaceae. Flora China 12:366–478.

7. Willson KC, Clifford MN (2012) Tea: Cultivation to Consumption (Springer Science & Business Media, Berlin).

8. Yang Y, Liang Y (2014) Tea Plant Clonal Varieties in China (Shanghai Scientific & Technical, Shanghai).

9. Namita P, Mukesh R, Vijay KJ (2012) Camellia sinensis (green tea): A review. Glob J Pharmacol 6:52–59.

10. Asakawa T, Hamashima Y, Kan T (2013) Chemical synthesis of tea polyphenols and related compounds. Curr Pharm Des 19:6207–6217.

11. Li S, Lo C-Y, Pan M-H, Lai C-S, Ho C-T (2013) Black tea: Chemical analysis and stability. Food Funct 4:10–18.

12. Narukawa M, Morita K, Hayashi Y (2008) L-Theanine elicits an umami taste with inosine 5′-monophosphate. Biosci Biotechnol Biochem 72:3015–3017.

13. Li C-F, et al. (2015) Global transcriptome and gene regulation network for secondary metabolite biosynthesis of tea plant (Camellia sinensis). BMC Genomics 16:560.

14. Shi C-Y, et al. (2011) Deep sequencing of the Camellia sinensis transcriptome revealed candidate genes for major metabolic pathways of tea-specific compounds. BMC Genomics 12:131.

15. Xia EH, et al. (2017) The tea tree genome provides insights into tea flavor and independent evolution of caffeine biosynthesis. Mol Plant 10:866–877.

「茶業復興」獲得授權轉載

END

歡迎在評論區留言

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！