Progres de conducere în ceea ce privește genomica, beneficiile pentru sănătate și utilizarea resurselor de ceai din China
Zhonghua Liu,
Lizhi Gao,
Zongmao Chen,
Xiaoxiong Zeng,
Jian’an Huang,
Yushun Gong,
Qin Li,
Shuoqian Liu,
Yong Lin,
Shuxian Cai,
Sheng Zhang,
Ligui Xiong,
Wei Li,
Li Zhou,
Xinru Wang,
Fengjian Luo,
Qunjie Zhang &
Dan Zhang
China este cel mai mare producător și consumator de ceai din lume și are resurse abundente de plante și produse de ceai (inclusiv ceai verde, ceai negru, ceai negru, ceai oolong, ceai alb și ceai galben). De la începutul noului secol, cercetarea științifică și inovația tehnologică au condus la îmbunătățiri ale producției, calității, siguranței și consumului de ceai în China, ceea ce a condus la dezvoltarea sănătoasă și durabilă a industriei ceaiului din China. Echipa profesorului academician Zongmao Chen de la Institutul de Cercetare a Ceaiului din Academia Chineză de Științe Agricole, echipa profesorului Zhonghua Liu de la Universitatea Agricolă din Hunan (HAU) și echipa profesorului Lizhi Gao de la Universitatea Agricolă din China de Sud (SCAU) serie de realizări remarcabile în domenii de cercetare, cum ar fi genomica plantelor de ceai și utilizarea resurselor, teoria procesării ceaiului, ceaiului și sănătății, utilizarea componentelor funcționale din ceai, reziduurile de pesticide ale ceaiului și siguranța.
Germoplasma și genomica plantelor de ceai
Planta de ceai Camellia sinensis (L.) O. Kuntze este sursa ceaiului cultivat comercial, aparține genului Camelia (Theaceae) și are numeroși metaboliți secundari care oferă arome bogate și beneficii pentru sănătate. Cu toate acestea, bazele genetice pentru biosinteza și acumularea bogată a tuturor formelor de compuși bioactivi în ceai, care afectează calitatea și producția produselor din ceai, s-au bazat în mare parte pe genomica plantelor de ceai. Lizhi Gao conduce o echipă care a examinat mai întâi mărimea genomului, variația și evoluția Camelia reprezentanți ai aproape tuturor secțiunilor celor două subgenuri, Camelia și Thea 1. Grupul lui Gao a lansat primul proiect al genomului plantei de ceai în 2010 pe baza unei estimări exacte a conținutului de ADN al C. sinensis var. assamica să fie 1C = 3,01 pg, care este egal cu o dimensiune a genomului de aproximativ 2,940 Mb. După șapte ani de muncă pentru a depăși provocarea unui nivel ridicat de heterozigozitate genomică și a unei dimensiuni mari a genomului, echipa a finalizat ansamblul genomului 3.02-gigabază al Yunkang 10 (2n = 2x = 30 cromozomi), un cultivar de elită diploid de C. sinensis var. assamica crescut pe scară largă în sud-vestul Chinei pe baza datelor secvențiale din secvențierea pistolului holegenom 2. Secvențele repetitive reprezintă
80,89% din acest genom mare diploid, în timp ce restul produce 36.951 gene proteincoding de înaltă încredere. Retrotranspozonii cu repetiții lungi terminale (LTR) reprezintă majoritatea (
67,21%) din genomul plantei de ceai, din care aproximativ 55,09% din ansamblu a fost identificat ca superfamilii Ty1/copia și Ty3/gypsy. Familii de retrotranspozoni LTR Ty3/gypsy (
47,08%) predomină și contribuie cel mai mult la extinderea genomului plantei de ceai. Cea mai mare familie de retrotranspoziții Ty3/gypsy, TL001, contează
36,79% din întregul genom al plantei de ceai, reprezentând primul raport al unei singure familii de retrotransposoni LTR care se propagă și persistă pentru mai mult de 50 de milioane de ani de evoluție. Ei au identificat expansiunea genealogică specifică a familiilor de gene asociate cu biosinteza metabolică a flavonoidelor care îmbunătățește producția de catechine, activarea enzimelor terpenice asociate cu aroma de ceai și genele de apărare a bolii și de toleranță la stres de mediu care facilitează adaptarea la diverse habitate. Analiza comparativă genomică a N-metiltransferazelor demonstrează o evoluție independentă, recentă și rapidă a căii sintetice a cofeinei din planta de ceai în raport cu arborii de cacao și cafea. Recent, grupul lui Gao a generat primul genom de referință de înaltă calitate pentru varietatea comercială Biyun de C. sinensis var. sinensis folosind o platformă de secvențiere în timp real (SMRT) cu o singură moleculă. Ansamblul final al genomului plantei de ceai a fost de 2,92 Gb, reprezentând
96,69% din dimensiunea estimată a genomului de 3,02 Gb. Ansamblul cuprinde 9.998 schele cu schele N50 și lungimi contig N50 de 1,16 Mb și respectiv 707,7 Kb,
2,58 și 35,46 ori mai lungi decât ansamblul genomului raportat anterior Yunkang 10 (449.457 Kb și 19.96 Kb) care a fost asamblat de Illumina citește doar 1. Cel puțin 74,13% din ansamblul genomului 3,02-Gb este format din secvențe repetitive, iar restul produce 40.163 predicții de înaltă încredere ale proteinelor codificate. Grupul lui Gao a obținut cele paisprezece Camelia genomii cp, incluzând atât C. sinensis var. sinensis și C. sinensis var. assamica, oferind primele informații despre variația și evoluția genomului cp în acest gen. Grupul lui Gao a asamblat, de asemenea, genomii mt complet ai lui C. sinensis var. assamica CV. Yunkang 10 în două contiguri circulare de 702.253 bp și respectiv 178.082 bp în lungime, care cuprind 35 de gene de codificare proteică, 29 de ARNt și doi ARNr. Progrese mari în genomica plantelor de ceai vor facilita selecția asistată de marker a îmbunătățirii plantelor de ceai și utilizarea genelor extraterestre derivate din diversitatea abundentă a germoplasmei plantelor de ceai care ar oferi promisiune de a dezvolta soiuri de ceai mai bune de înaltă calitate.
În ciuda cunoștințelor dobândite că acumularea diferențială a celor trei metaboliți secundari caracteristici - catechine, teanină și cofeină - în frunzele de ceai care determină în mare măsură calitățile ceaiului, sunt necesare mai multe eforturi în ceea ce privește reglementarea transcripțională complexă a acestor căi metabolice. Grupul Gao a efectuat analize genomice, transcriptomice și metabolomice pentru a determina baza genetică a adecvării procesării ceaiului, a aromelor și beneficiilor pentru sănătate care fac din ceai una dintre băuturile cele mai consumate din lume 2. Genul Camelia, constând din