超厲害,中國種茶樹基因組草圖公布!

  iNature:2018年4月20日,安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宛曉春課題組在PNAS上在線發(fā)表了題為“DraftgenomesequenceofCamelliasinensisvar.sinensisprovidesinsightsintotheevolutionoftheteagenomeandteaquality”的研究論文,該論文提供CSS的高質(zhì)量草圖基因組序列,并提供有關(guān)茶葉如何產(chǎn)生豐富多樣的黃酮類化合物和茶氨酸的信息,這些類黃酮和茶氨酸可協(xié)同促進(jìn)茶的適口性和健康益處。
  該研究對于茶樹基因組的報道,將促進(jìn)理解茶樹基因組進(jìn)化和茶代謝,促進(jìn)提高質(zhì)量的茶品種的育種的工作。另外,就在2018年4月18日,安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)校長程備久課題組與中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李云海課題組、中科院植物研究所鄭雷英課題組等人合作在Naturecommunications上在線發(fā)表了題為“BRI1andBAK1interactwithGproteinsandregulatesugar-responsivegrowthanddevelopmentinArabidopsis”的研究論文,研究人員報告BRI1和BAK1參與糖響應(yīng)的有關(guān)生長和發(fā)育。葡萄糖以濃度依賴性方式影響B(tài)RI1和BAK1的物理相互作用和磷酸化。該研究結(jié)果揭示了BR受體與G蛋白結(jié)合以調(diào)節(jié)糖響應(yīng)性生長和發(fā)育的重要遺傳和分子機(jī)制。
 
  茶是世界上最受歡迎的飲料,具有豐富的健康益處。茶的消費(fèi)量已有近5000年的歷史【1,2】。山茶花(L.)O.Kuntze(2n=2x=30),其葉子用于生產(chǎn)多種茶,是被子植物Theaceae科的成員。茶樹是中國西南地區(qū)的特有種,現(xiàn)在在世界各地種植【3,4】。在過去的十年中,全球茶葉種植面積增加了約66%,在50個茶葉種植國家(350萬公頃)中達(dá)到530萬噸(聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計數(shù)字;www.fao.org/FAOSTAT/)。遺傳變異,環(huán)境因素和各種茶葉加工方式的結(jié)合,創(chuàng)造了各種適合不同口味的茶產(chǎn)品,如苦味,澀味和甜味,以滿足世界各地消費(fèi)者的需求。
  栽培茶樹品種主要分為兩大類:Camelliasinensisvar.sinensis(CSS;中國茶)與Camelliasinensisvar.assamica(CSA;阿薩姆邦類型),前者是中國和世界上分布最廣的品種。兩種茶樹種類具有鮮明的特征。CSS是一種生長較慢的灌木,葉片較小,能夠承受較冷的氣候,而CSA快速生長,葉片較大,對寒冷天氣敏感。因此,CSA主要在非常溫暖的熱帶地區(qū)種植,與CSS栽培的更廣泛的地理【5,6】。在農(nóng)業(yè)實(shí)踐中,CSS可以在高緯度地區(qū)種植,用于優(yōu)質(zhì)綠茶生產(chǎn),而CSA通常加工成紅茶【7】。中國目前大多數(shù)精英茶樹品種(約67%)屬于CSS,而CSS為最近茶葉生產(chǎn)的大部分增加提供了種質(zhì)【8】。
  涉及茶氨酸生物合成途徑的關(guān)鍵基因
 
  茶的豐富口味和各種健康促進(jìn)功能主要?dú)w因于約700種生物活性化合物【9】。其中最具特色的是兒茶素(一種黃烷-3-醇類),茶氨酸,咖啡因和揮發(fā)物。兒茶素在幼葉中占干重的12-24%,并且是主要的類黃酮。最活躍和最豐富的兒茶素是綠茶中的EGCG,而在紅茶中,兒茶素通過導(dǎo)致兒茶素氧化的“發(fā)酵”聚合成茶黃素和茶紅素【10-11】。兒茶素主要賦予茶的澀味,而咖啡因提供苦味。非蛋白氨基酸茶氨酸(γ-谷氨?;阴0罚┯兄诓璧孽r味和甜味,并且與放松和神經(jīng)保護(hù)有關(guān)【12】。茶氨酸占總游離氨基酸的50%以上和茶葉干重的1%至2%。茶科植物還以糖苷的形式合成揮發(fā)性萜類化合物和酚類化合物。它們的水解產(chǎn)物與茶葉加工過程中釋放的脂質(zhì)和類胡蘿卜素氧化產(chǎn)物一起提供不同類型的茶,具有各種令人愉悅的香味和特色風(fēng)味。
 
  在過去的二十年中,已經(jīng)從生物化學(xué),生理學(xué)或分子遺傳學(xué)角度研究了茶樹植物中這些天然化合物的生物合成【13,14】。然而,這些生物活性化合物在茶中豐富生產(chǎn)的基因基礎(chǔ),以及對威脅茶葉生產(chǎn)的疾病和昆蟲的反應(yīng)尚不清楚。缺少參考基因組序列是茶樹基礎(chǔ)和應(yīng)用生物學(xué)的主要障礙。盡管最近報道了一個CSA品種基因組的初步草圖【15】,但尚未報道CSS基因組。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宛曉春課題組在此提供CSS的高質(zhì)量草圖基因組序列,并提供有關(guān)茶葉如何產(chǎn)生豐富多樣的黃酮類化合物和茶氨酸的信息,這些類黃酮和茶氨酸可協(xié)同促進(jìn)茶的適口性和健康益處。
 
  研究人員使用Illumina和PacBio高通量測序技術(shù)得到Camelliasinensisvar.sinensis的基因組序列,在3.1Gb的基因組中,包含至少64%的重復(fù)序列以及33,932個高置信度預(yù)測編碼蛋白.兩個亞種,CSS(Camelliasinensisvar.sinensis)和CSA(Camelliasinensisvar.assamica)之間出現(xiàn)差異的時間是0.38到1.54百萬年前.基因共線性分析揭示茶樹基因組分別在30-40百萬年前和90-100百萬年前出現(xiàn)兩輪全基因組復(fù)制事件(whole-genomeduplications).研究人員發(fā)現(xiàn),這些事件對于對于次級代謝基因,質(zhì)量的三個關(guān)鍵產(chǎn)物的基因有重要影響.對轉(zhuǎn)錄和植物化學(xué)的數(shù)據(jù)分析表明,編碼脂?;D(zhuǎn)移酶家族和白色花色素還原酶基因的擴(kuò)增和轉(zhuǎn)錄的分化是和單體沒食子酸兒茶酚的小葉累積特征相關(guān)。研究者對于茶樹基因組的報道,將促進(jìn)理解茶樹基因組進(jìn)化和茶代謝,促進(jìn)提高質(zhì)量的茶品種的育種的工作。
 
  原文鏈接:
 
 
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責(zé)編: 娜烏西卡
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