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.

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 миллионов 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.