Ученые расшифровали геном чая

Чай (Camellia sinensis) — вечнозеленое растение из семейства Theaceae, ряд представителей которого используются при производстве пищевого (C. oleifera) и эфирного (C. sasanqua) масел. Чай известен с 3000 года до нашей эры и, по современным представлениям, является наиболее древним безалкогольным напитком, содержащим кофеин. Благодаря этому и другим вторичным метаболитам, например теанину и катехинам, пищевая ценность кустарника связывается с лечебными свойствами. Однако, несмотря на распространенность и многообразие сортов, геном чайного куста изучен недостаточно. Ранее ученым удалось завершить полную сборку генома двух видов кофе — Coffea canephora и C. arabica.

В новой статье сотрудники Китайской академии наук (КАН), биотехнологической компании Macrogene и других учреждений описали результаты пятилетней сборки генома C. sinensis методом дробовика с помощью техник секвенирования нового поколения, в частности метода парных прочтений. Авторы изучили элитный сорт Yunkang 10 ассамского (индийского) чая. После амплификации (копирования) его ДНК разрезали на произвольные фрагменты, часть которых секвенировали и использовали для реконструкции нуклеотидной цепи оригинальной молекулы, а затем — и полного генома. Результаты позволили сократить число спаренных оснований до 3,02 миллиарда единиц, которые охватили 98 процентов генома.

Механизм синтеза кофеина в растениях (A), число NMT-генов в какао, чае и кофе (B), филогенетическое дерево NMT-генов чая, кофе и какао (C), профили экспрессии NMT-генов в разных частях C. sinensis / ©En-Hua Xia et al., Molecular Plant, 2017

Таким образом, размер генома C. sinensis втрое превышает показатель арабики (около 1,19 миллиарда спаренных оснований), включая в себя 37 618 скаффолдов, и практически соответствует человеческому (3,1 миллиарда спаренных оснований). По словам ученых, трудность сборки заключалась в том, что порядка 80 процентов генома чая состоит из ретротранспозонов — мобильных повторяющихся элементов, которые вновь и вновь меняли положение в течение 50 миллиардов лет его эволюции. Чтобы выяснить, что отличает C. sinensis от других растений и представителей рода, авторы также сравнили экспрессию генов, участвующих в выработке кофеина и катехинов, в чайном кусте, кофе, какао и Camellia в целом.

Известно, что кофеин синтезируется в чае из ксантозина благодаря катализу со стороны S-аденозил-метионин-зависимых N-метилтрансфераз, которые кодируются одноименными (NMT) генами. Согласно анализу, геном C. sinensis содержит меньше NMT-генов, чем какао и кофе, при этом экспрессия большинства из них сосредоточена в цветах и листьях. Показатель других Camellia, наряду с катехинами, оказался еще ниже, что может служить ключевым критерием пищевой ценности растений. Поскольку катехины и кофеин относятся ко вторичным метаболитам и требуют активности большого числа генов для синтеза, именно это, а не способ обработки, определяет пригодность чая к употреблению, считают авторы.

Подробности исследования представлены в журнале Molecular Plant.

Ранее ученые также расшифровали геном ячменя. Как и в иных случаях, это поможет в выведении более устойчивых и питательных сортов и изучении других видов растений.