The Tea Tree Genome Provides Insights into Tea Flavor and Independent Evolution of Caffeine Biosynthesis

生物 山茶 茶氨酸 咖啡因 基因组 基因复制 儿茶素 基因 风味 生物技术 遗传学 生物化学 多酚 植物 食品科学 绿茶 内分泌学 抗氧化剂
作者
Enhua Xia,Haibin Zhang,Jun Sheng,Kui Li,Qun‐Jie Zhang,Changhoon Kim,Yun Zhang,Yuan Liu,Ting Zhu,Wei Li,Hui Huang,Yan Tong,Hong Nan,Cong Shi,Chao Shi,Jianjun Jiang,Shu‐Yan Mao,Jun-Ying Jiao,Dan Zhang,Yuan Zhao
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
卷期号:10 (6): 866-877 被引量:633
标识
DOI:10.1016/j.molp.2017.04.002
摘要

Tea is the world's oldest and most popular caffeine-containing beverage with immense economic, medicinal, and cultural importance. Here, we present the first high-quality nucleotide sequence of the repeat-rich (80.9%), 3.02-Gb genome of the cultivated tea tree Camellia sinensis. We show that an extraordinarily large genome size of tea tree is resulted from the slow, steady, and long-term amplification of a few LTR retrotransposon families. In addition to a recent whole-genome duplication event, lineage-specific expansions of genes associated with flavonoid metabolic biosynthesis were discovered, which enhance catechin production, terpene enzyme activation, and stress tolerance, important features for tea flavor and adaptation. We demonstrate an independent and rapid evolution of the tea caffeine synthesis pathway relative to cacao and coffee. A comparative study among 25 Camellia species revealed that higher expression levels of most flavonoid- and caffeine- but not theanine-related genes contribute to the increased production of catechins and caffeine and thus enhance tea-processing suitability and tea quality. These novel findings pave the way for further metabolomic and functional genomic refinement of characteristic biosynthesis pathways and will help develop a more diversified set of tea flavors that would eventually satisfy and attract more tea drinkers worldwide.
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