Геном чаю - біоіформаційна матриця чайного листа вразила дослідників

Геном чаю - біоіформаційна матриця чайного листа вразила дослідників

ДНК чаяПрочитання генома чайного дерева дає глибоке і фундаментальне розуміння про еволюції чаю та демонструє унікальну біологічну роль рослини на планеті. Також інформація чайного генома дозволить вченим і селекціонерам в найближчій перспективі створювати унікальні різновиди Camellia, з підвищеним імунітетом рослин, і заздалегідь заданими параметрами смаку та аромату.За 120 млн. років на Землі було десять льодовикових періодів і довгий еволюційний шлях до розуму, через генезис різноманітних форм життя: від рептилоподібного динозавра до людини розумної. А за неприступними Гімалаями, в гірських долинах, залитих сонцем, теплими мусонами і в обіймах туманів росла і процвітала Camellia sinensis.Дивовижне природне ельдорадо вічної весни і молочних туманів - Юньнань (Обитель Південних Хмар).Провінція Юньнань вважається колискою чайної культури Китаю та ареалом зародження сімейства Camellia. Як засвідчила декодована ДНК чаю, юньнанські дикороси є носіями найдавнішої біологічної матриці сімейства Camellia. Саме з Юньнані 50 млн років тому чай поширився по всьому світу, еволюціонувавши в 250 видів сімейства Camellia.Phylogenetic Analysis of the LTR Retrotransposon Sequences in the Tea Tree Genome. Біоінформаційна карта геному чайного дерева Camellia sinensisБіоінформаційна матриця чайного листа направду здивувала дослідників. Наприклад те, що чайний лист має надзвичайно об'ємний і складний геном в порівнянні з більшістю секвенованих видів рослин. За оцінками вчених, геном чаю такий же складний і великий, як і геном людини, та складається з 3,2 млрд. пар нуклеотидів (геном людини = 3,3 млрд пар). Загальні висновки, отримані після розшифровки генома чайного дерева:
  • 120 видів чаю з унікальним смаком, ароматом і корисними властивостями,що обумовлено великою кількістю нуклеотидів в геномі Camellia sinensis.
  • провінція Юньнань - первинне джерело існування Camellia sinensis
  • геном чаю складається з 3,2 млрд пар нуклеотидів - це практично в три рази більше ніж геном кави
  • 714 унікальних генетичних паттерни зустрічаються тільки в геномі чайного дерева
  • у чаю за 120 млн років еволюції було дві значущі дуплікації (мутації) ДНК. Остання мутація чаю змогла розпакувати патерн генів, що відповідають за синтез кофеїну, поліфенолу, теїну і полісахаридів. Саме ці елементи, створили звичний смак чаю і збільшили кліматичну адаптацію чайного дерева.
Основні принципи секвенування генома були розроблені в кінці 1970-х років, однак, щоб прочитати біологічну карту людини, знадобилося понад 30 років фундаментальних наукових досліджень і 3 млрд. доларів. Тільки в 2003 році, завдяки розвитку комп'ютерних технологій, в рамках проекту Genomes Project було розшифровано геном людини. Першою людиною, чий геном повністю було прочитано, став Джеймс Ватсон, науковець, що в 1953 році спільно з Френсісом Кріком відкрив подвійну спіраль ДНК.Не зважаючи на стрімкий розвиток комп'ютерних технологій і штучного інтелекту, секвенування ДНК завдання непросте. Міжнародна група дослідників секвенувала ДНК чайного дерева упродовж п'яти років, і, як показали результати проекту, - геном чаю виявився найскладнішим, але й найбільш інформативним серед всіх 250-ти рослин з прочитаним ДНК. Джеймс Уотсон Джеймс Ватсон - перший, хто мав повністю прочитаний індивідуальний геномОсновою дослідження для секвенування чайного генома став лист асамського типу Юнкан. В Юньнані він є основою для виробництва популярного і доступного шу пуеру. Послідовність генома чайного дерева шокувала - тільки 5% ДНК зберігають і передають спадкову інформацію, записану у вигляді алгоритму нуклеотидів. Але складність і мудрість генома чайного дерева полягає в тому, що з 3 млрд. пар нуклеотидів - 80% складають ретро-транспозонні дублікатні гени, роль яких копіювати важливу генетичну інформацію і перманентно інсталювати її в біологічній матриці.Дублювання і збереження важливої інформації пояснює розмір чайного генома і його стійкість до стресів, до хвороб і вірусів упродовж 120 млн. років генезису рослини. Масове дублювання значних фрагментів геному сприяло появі фітохімічних сполук, які визначили смак, користь, підвищену адаптивність і стійкість до стресів чайного дерева.Головні фітохімічні з'єднання чаю - кофеїн, флавоноїди, терпеноїди, теанін і катехін утворилися 50 млн. років тому і відіграли значну роль в утворенні багатого смаку і підвищеній адаптивності чаю.Evolutionary Differences of Three Important Metabolic Pathways Associated with Tea-Processing Suitability and QualityA) Філогенетичний зв'язок 25 видів Camellia; В) Еволюційний розвиток теаніну, кофеїну і флавоноїдів в чайному геномі; С) Філогенетична топологія еволюції генів, що беруть участь у метаболізмі і утворенні флавоноїдів, теаніну і кофеїну.Прочитаний геном чайного дерева виявив унікальність рослини. Геном чаю вказує на загальні адаптивні риси з кофеїновмісними рослинами: какао, кавою, мате і лотосом. 2500 спільних генів підтверджують цей погляд. Однак 120 млн. років тому еволюційні шляхи розійшлися і Camellia Sinensis сформувала 714 унікальних генетичних фітосполук, наявних тільки в чаї. Evolution of Caffeine Генотопографічна карта еволюції кофеїнуСеквенування генома Camellia sinensis також підтверджує гіпотезу про біологічну міграцію чайного дерева з Китаю більше 10 млн років тому. Саме в цей період активність генів стає різною і виникають мутаційні види. Аналіз генів Camelia Sinensis встановив, що найвищий вміст основних елементів, котрі формують смак і користь чаю (кофеїн, полісахариди і теанін), мають дикорослі чайні дерева з біологічної колиски чаю - провінції Юньнань.Evolution of the Tea Tree Genome and Gene FamiliesА) Діаграма демонструє загальні та унікальні генетичні патерни чайного дерева і семи інших видів рослин; B) Розширення і скорочення сімейств генів серед 10 видів рослин. Кругова діаграма демонструє синергію і еволюцію генів (MRCA13476) рослин від загального єдиного предка; C) Порівняння стійких до хвороб генів серед п'яти видів рослин; D) Значні мутації генотипу, виявлені в чайному дереві.З огляду на несприятливу екологічну ситуацію і крихкий статус популяції дикого чаю через інтенсивний збір листя, відомості про геноми чайного дерева є дуже важливою інформацією для майбутнього збереження і процвітання унікальної рослини. Фактично, знаючи структуру чайного генома в недалекому майбутньому науковці зможуть відтворити аж до атому дикорослу Camellia Sinensis і генетично проектувати чайні рослини, які будуть ідеально пристосовані до географії та клімату регіону чи то Карпатських гір чи першої колонії на Марсі.
facebook icon
instagram icon
telegram icon
Приймаємо до сплати: