Геном чайного дерева раскрывает секреты разнообразия вкусов одного листа

Все популярные виды чая — чёрный, зелёный, улун, белый, чай масала — производятся из листьев вечнозелёного кустарника Camellia sinensis (чайное дерево). Несмотря на огромное культурное и экономическое значение чая, о самом растении известно относительно мало. Первый черновой вариант генома чайного дерева, опубликованный 1 мая в журнале Molecular Plant, может объяснить, почему его листья так богаты антиоксидантами и кофеином.

Род Camellia включает более 100 видов, но только две основные разновидности (C. sinensis var. assamica и C. sinensis var. sinensis) выращиваются для производства чая. Учёные задались вопросом: что является генетической основой разнообразных вкусов чая?

Предыдущие исследования связывали вкус чая с группой антиоксидантов — флавоноидами. Один из них, катехин, особенно важен для формирования вкуса. Уровни катехина, других флавоноидов и кофеина различаются у разных видов камелий.

Исследователи под руководством генетика Личжи Гао обнаружили, что листья C. sinensis не только содержат высокие уровни катехинов, кофеина и флавоноидов, но и имеют множественные копии генов, ответственных за их производство. Все виды Camellia обладают генами для синтеза кофеина и флавоноидов, но экспрессируют их на разных уровнях. Эта вариация может объяснять, почему только листья C. sinensis подходят для приготовления чая.

Учёные установили, что 67% пар оснований в геноме чайного дерева являются частью ретротранспозонов ("прыгающих генов"), которые многократно копировались и вставлялись в разные участки генома. Это привело к драматическому увеличению размера генома и созданию множества дубликатов определённых генов, включая гены устойчивости к болезням. Исследователи полагают, что эти "расширенные" семейства генов помогли чайному дереву адаптироваться к различным климатам и условиям окружающей среды.

Сборка генома оказалась сложной задачей. Геном чайного дерева имеет длину 3.02 миллиарда пар оснований — это более чем в 4 раза больше генома кофейного растения. Множество повторов и дубликатов генов усложняли сборку, подобно сборке пазла, где все средние части выглядят почти одинаково. Даже с современными технологиями секвенирования сборка заняла у команды более 5 лет.

Предстоит ещё много работы: проверка чернового варианта генома и секвенирование различных сортов чайного дерева со всего мира. Учёные планируют создать обновлённую версию генома, чтобы изучить вариацию числа копий генов и её влияние на свойства чая, включая вкус, а также проследить историю одомашнивания и распространения чайного дерева по миру.