Прочтение генома чайного дерева, дает глубокое и фундаментальное понимание о эволюции чая и показывает, уникальную биологическую роль растения на планете. Также информация чайного генома позволит ученым и селекционерам, в ближайшей перспективе создавать уникальные разновидности Camellia, с повышенным иммунитетом растений, и заранее заданными параметрами вкуса аромата.

За 120 млн. лет на Земле было десять ледниковых периодов и долгий, эволюционный путь к разуму, через генезис всевозможных форм жизни: от рептилоидного динозавра, до человека разумного. А за неприступными Гималаями, в горных долинах обильных солнцем, теплыми муссонами и в объятиях туманов, росла и процветала Camellia sinensis. В Поднебесной – этот удивительный природный эльдорадо вечной весны и млечных туманов, называют Юньнань (Обитель Южных Облаков). Провинция Юньнань считается колыбелью чайной культуры Китая и ареалом зарождения семейства Camellia. Как показал декодированная ДНК чая – юньнанские дикоросы, являются носителями древнейшей, биологической матрицы семейства Camellia. Именно с Юньнани, 50 млн лет назад, чай распространился по всему миру, и эволюционировал в 250 чайных видов семейства Camellia.

*Биоинформационная карта генома чайного дерева Camellia sinensis*

Биоинформационная матрица чайного листа удивила исследователей. Например, чайный лист обладает необычайно объемным и сложным геномом, по сравнению с большинством секвенированных видов растений. По оценкам ученых, геном чая, такой же сложный и большой, как и геном человека и состоит из 3,2 млрд. пар нуклеотидов (3,3 млдр. – геном человека).
Общие выводы, полученные при расшифровке генома чайного дерева:

— 120 видов чая с уникальным вкусом, ароматом и полезными свойствами обусловлен большим количеством нуклеотидов в геноме Camellia sinensis.
— провинция Юньнань – первичный источник обитания Camellia sinensis
— геном чая состоит из 3,2 млрд пар нуклеотидов – это практически в три раза больше чем геном кофе
— 714 уникальных генетических паттерна встречаются, только в геноме чайного дерева
— у чая за 120 млн лет эволюции было две значимые дупликации(мутации) ДНК. Последняя мутация чая смогла распаковать паттерн генов, отвечающие за синтез кофеина, полифенола, теина и полисахаридов. Именно эти элементы, создали привычный вкус чая и увеличили климатическую адаптацию чайного дерева.

Основные принципы секвенирования генома были разработаны в конце 1970-х годов, однако, чтобы прочитать биологическую карту человека, понадобилось более 30 лет фундаментальных научных изучений и 3 млрд. долларов. Только в 2003 году, благодаря развитию компьютерных технологий, в рамках проекта Genomes Project, был расшифрован генома человека. Первый, обладатель полностью прочитанного геном стал Джеймс Уотсон, ученый, который совместно с Френсисом Криком, в 1953 году открыл двойную спираль ДНК.

Не смотря на стремительное развитие компьютерных технологий и искусственного интеллекта, секвенирование ДНК — непростая задача. Международная группа исследователей секвенировала ДНК чайного дерева на протяжении пяти лет, и как показали результаты проекта, — геном чая оказался самым, сложным и информативным, среди всех 250ти растений с прочитанным ДНК.

*Джеймс Уотсон первый обладатель полностью прочитанного индивидуального генома*

Основой исследования секвирования чайного генома стал лист асамского типа Юнкан. Лист данного типа в Юньнани является основным для производства популярного и доступного шу пуэра. Последовательность генома чайного дерева удивила — только 5% ДНК сберегают и передают наследственную информацию, записанную в виде алгоритма нуклеотидов. Но, сложность и мудрость генома чайного дерева, заключается в том, что из 3 млрд. пар нуклеотидов — 80% составляют ретро-транспозонные дубликатные гены, — роль которых копировать важную, генетическую информацию и многократно инсталлировать ее в биологической матрице.

Дублирование и сохранение важной информации объясняет размер чайного генома и его стрессоустойчивость, к болезням и вирусам на протяжении 120 млн. лет генезиса растения. Массовое дублирование значительных фрагментов генома способствовали появлению фитохимических соединений, которые определили вкус, пользу, повышенную адаптивность и стрессоустойчивость чайного дерева.

Главные фитохимические соединения чая: кофеин, флавоноиды, терпеноиды, теаин и катехин образовались 50 млн. лет назад и сыграли значительную роль в образовании богатого вкуса и повышенной адаптивности чая.

A) Филогенетическая связь 25 видов Camellia.
В) Эволюционное развитие теанина кофеина и флавоноидов в чайном геноме.
С) Филогенетическая топология эволюции генов, участвующих в метаболизме и образовании флавоноидов, теанов и кофеина.

Прочитанный геном чайного дерева выявил уникальность растения. Геном чая – указывает на общие адаптивные, черты с кофеино содержащими растениями: какао, кофе, мате и лотосом. Данный взгляд подтверждают общие 2500 генов. Однако 120 млн. лет назад эволюционные пути разошлись и Camellia Sinensis сформировала 714 уникальных генетических фито соединений, встречающихся только в чае.

*Генотопографическая карта эволюции кофеина*

Также секвенирование генома Camellia sinensis подтверждает гипотезу о биологической миграции чайного дерева из Китая более 10 млн. лет назад. Именно в этот период активность генов становится различной и возникают мутационные виды. Анализ генов Camelia Sinensis, установил, что самое высокое содержание основных элементов, формирующих вкус и пользу чая (кофеин, полисахариды и теанин), обладают дикорастущие, чайные деревьев провинции Юньнань – изначальной, биологической колыбели чая.

А) Диаграмма демонстрирует общие и уникальные генетические паттерны среди чайного дерева и семи других видов растений.
B) Расширение и сокращение семейств генов среди 10 видов растений. Круговая диаграмма демонстрирует синергию и эволюцию генов (MRCA13 476) растений от общего единого предка.
C) Сравнение устойчивых к болезням генов среди пяти видов растений.
D) Значимые мутации генотипа, обнаруженные в чайном дереве.

Учитывая неблагоприятную экологическую обстановку и хрупкий статус популяции дикого чая, из-за интенсивного сбора листьев, сведения о геноме чайного дерева, представляет очень важную информацию, для будущего сохранения и процветания уникального растения. По сути дела, обладая структурой чайного генома, в недалеком будущем, ученые смогут воссоздать, вплоть до атома дикорастущую Camellia Sinensis и генетически проектировать чайные растения, которые будут идеально приспособлены к географии и климату региона, будь это Карпатские горы, или первая колония на Марсе.