Прочитання 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.

*Біоінформаційна карта геному чайного дерева Camellia sinensis*

Біоінформаційна 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 Ватсон – перший, хто мав повністю прочитаний індивідуальний геном*

Основою 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.

A) 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.

*Генотопографічна карта еволюції кофеїну*

Секвенування 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.

А) 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.