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茶树的基因机密

2017-6-4 环球解密

你喝茶吗?你爱喝什么茶?为了要了解究竟是什么让不同的茶风味如此悬殊,中国昆明植物研究所的研究团队从五年前开始进行茶树的基因定序。没想到,帮茶树定序比想像中的要困难很多!

茶树的嫩芽。

有些人爱喝铁观音、有些人喝乌龙、西方人则是爱喝红茶;但其实不论是铁观音、乌龙、红茶、文山包种、东方美人、金萱...它们都是由茶树(Camellia sinensis)的叶片制成!虽然山茶属下有超过一百种植物,但只有茶树的两个亚种:阿萨姆种(C. sinensis. var. assamica)与中国种(C. sinensis var. sinensis)可以制茶;而同为山茶属的油茶树(C. oleifera)则只能榨油。

每个爱喝茶的人一提起茶来,总是有自己的一本“茶经”;虽然人人的“茶经”不同,但大家应该都能同意,茶那苦中回甘的味道是最让人难忘的。茶的特殊风味主要来自于类黄酮素(flavonoids),而其中的儿茶素(catechin)尤其与茶的风味息息相关。不同的茶树栽培种所含的类黄酮素、儿茶素与咖啡因比例不同,造就出不同风味的茶 -- 当然,对于半发酵茶(如乌龙)与全发酵茶(如红茶)来说,发酵会进一步将茶叶内的化合物转换成其他的化合物,为茶增添更多风味。

为了要了解究竟是什么让不同的茶风味如此悬殊,中国昆明植物研究所的研究团队从五年前开始进行茶树(云抗10号,Yunkang 10)的基因定序。没想到,帮茶树定序比想像中的要困难很多!

多困难呢?研究团队花了五年的功夫,才把第一版的茶树基因草图给组合起来!在这之前,这个团队已经定序超过二十个植物的基因体,但因为茶树有67%都是由反转录转位子(retrotransposon)所组成,造成基因体中有非常多的重复序列,这些重复序列使得研究团队在试图组合不同的基因片段时,遇到非常多的麻烦。当然,高度重复的序列也使得茶树的基因体变得极为巨大:30.2亿碱基对!模式植物阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)不过1.35亿、木瓜(Carica papaya)3.72亿、大豆(Glycine max)11.15亿,即使是玉米(Zea mays)也只有23亿而已。

除了有许多重复的反转录转位子之外,研究团队在茶树基因体中也发现:负责产生咖啡因与类黄酮素的酵素基因也出现了重复的现象;这或许就是为何不同品种的茶树风味不同的原因之一。研究团队比较了二十五种品种的茶树后发现,能够表现较多与合成咖啡因以及类黄酮素相关的酵素,但表现较少与合成茶氨酸(theanine)相关酵素的茶树,所产生的茶叶品质较好。

研究团队认为,这些重复的序列,除了可能赋予不同品系的茶树独特的风味以外,可能也造就了茶树卓越的环境适应能力。虽然茶树原产于云南、缅甸与印度交界的山区中,但目前它已被移植到许多不同的大陆上不同的海拔高度;同时,即使是在原产地,我们也可以看到茶树可在不同海拔高度上旺盛地生长繁殖;这些都显示了茶树是一种很能适应环境的植物。

虽然目前的发现看来很令人振奋,但由于茶树的基因体中有如此多的重复序列,研究团队认为接下来最重要的事除了进行其他品种茶树的定序,以深入理解为何不同品种的茶树风味为何迥异之外;也应该要仔细地检查整个基因体,以厘清仍不是那么确定的部分。相信随着定序的茶树品种越来越多,我们对于为何茶树能产生这么多不同风味的茶,应该能有更清楚的解释。

紧系著中国命运的茶的基因机密即将解开,回顾过去数百年来的世界史,茶从做为中国重要的战略物资,一度使中国摇摇欲坠,到如今成为许多国家休闲饮料的一种,再看看台湾大街小巷随处可见的手摇茶,真令人有沧海桑田之感啊!

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