中國種茶樹基因組研究取得成果

中茶協/25/04/2018

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《美國國家科學院院刊》(PNAS)上在線發表了題為「Draft genome sequence of Camellia sinensis var. sinensis provides insights into the evolution of the tea genome and tea quality」的研究論文,該論文提供Camellia sinensis var. sinensis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。

美國國家科學院院刊 PNAS Draft genome sequence of Camellia sinensis var. sinensis provides insights into the evolution of the tea genome and tea quality 研究 論文
該研究論文獲刊登在《美國國家科學院院刊》

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佈最廣的品種。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;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。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。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。

美國國家科學院院刊 PNAS Draft genome sequence of Camellia sinensis var. sinensis provides insights into the evolution of the tea genome and tea quality 研究 論文 茶樹基因組
茶樹基因組的景觀

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。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。兒茶素在幼葉中佔乾重的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。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-谷氨酰基乙酰胺)有助於茶的鮮味和甜味,並且與放鬆和神經保護有關。茶氨酸佔總游離氨基酸的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。

美國國家科學院院刊 PNAS Draft genome sequence of Camellia sinensis var. sinensis provides insights into the evolution of the tea genome and tea quality 研究 論文 茶樹基因組
涉及茶氨酸生物合成途徑的關鍵基因

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。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。儘管最近報導了一個CSA品種基因組的初步草圖,但尚未報導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和CSA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,編碼脂酰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導,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。

本文(中國種茶樹基因組研究取得成果)來源:iNature,出處和連結(https://goo.gl/tAhnja),本文原標題:超厲害,中國種茶樹基因組草圖公佈。