茶树基因组包含一片叶子如何产生如此多味道的线索

最受欢迎的茶叶品种包括红茶、绿茶、乌龙茶、白茶和茶都来自常绿灌木茶树的叶子，也被称为茶树。虽然茶有很大的文化和经济意义，但茶背后的灌木却鲜为人知。然而，5月1日发表在《分子植物杂志》上的茶树基因组初稿可能有助于解释为什么茶叶富含抗氧化剂和咖啡因。

了解茶树和它们的近亲之间的基因差异可能有助于茶农发现是什么使茶叶如此特殊。山茶包含100多个物种——包括一些受欢迎的观赏性园林植物和产生“茶树”油的油茶——但只有两个主要物种(华支睾吸虫。品种有普洱茶和茶花。变种冬虫夏草)被商业种植用来制茶。“有许多不同的风味，但神秘的是什么决定了什么或茶风味的遗传基础是什么？”昆明植物研究所植物遗传学家李说。

先前的研究表明，茶的味道大部分归因于一组叫做类黄酮的抗氧化剂。这些分子被认为有助于植物在环境中生存。一种叫做儿茶素的苦味类黄酮与茶的味道特别相关。儿茶素和其他黄酮类化合物的水平因山茶品种而异，咖啡因也是如此。高和他的同事发现，中华鳖的叶子不仅含有高水平的儿茶素、咖啡因和类黄酮，还含有多种可以产生咖啡因和类黄酮的基因。

而咖啡因和儿茶素等黄酮类物质并不是蛋白质(所以它们并不是直接编码在基因组中的)，而是茶蛋白中的遗传密码使它们产生的。所有山茶物种都有咖啡因和类黄酮产生途径的基因，但每个物种表达的基因水平不同。这种变化可以解释为什么茶树的叶子适合泡茶，而其他山茶种的叶子不适合。

高和他的同事估计，茶树基因组中超过一半的碱基对(67%)是反转录转座子序列或“跳跃基因”的一部分，它们被多次复制并粘贴到基因组中的不同位点。大量的反转录转座子导致茶树基因组大小的显著扩大，并可能包括许多许多复制的病毒抗性基因。研究人员认为，这些“扩展”的基因家族必须帮助茶树适应不同的气候和环境压力，因为茶树在多种气候条件下在几个大洲都生长良好。由于大多数反转录转座子似乎是在茶树的进化史中最近被复制和粘贴的，

然而，这些重复基因和大量重复序列也将茶树基因组组装成了一场艰苦的战斗。“我们的实验室已经成功地对20多种植物基因组进行了测序和组装，”高说。"但是这个基因组，茶树基因组，很难."

首先，茶树的基因组结果比原先预期的要大得多。茶树的基因组长度为30.2亿个碱基对，是咖啡树基因组大小的4倍多，比大多数已测序的植物物种大得多。事实上，这些基因中有许多是重复的或几乎重复的，这使得情况更加复杂。整个基因组太长，无法排列成一个整体，因此科学家必须复制成千上万个基因组片段，对它们进行测序，并识别出出现在多个片段中的重叠序列。这些重叠的位置成为以正确的顺序排列片段的标志。然而，当基因组本身包含重复数百或数千次的序列时，那些重叠在重复群体中消失；它

总而言之，即使使用现代测序技术，一个团队组装基因组也需要5年以上的时间。

此外，还需要做更多的工作，包括仔细检查基因组草案和对世界各地不同的茶叶品种进行测序。“结合基因图谱的构建和新的测序技术，我们正在研究更新的茶树基因组，这将调查一些味道，”高说。“我们将研究基因拷贝数的变异，看看它们如何影响茶的特性，比如味道。我们希望得到一张不同茶树的变异图，回答它是如何被驯化、栽培并分散到世界各大洲的。”

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