茶樹的基因機密

■你喝茶嗎?你愛喝什麼茶?為了要了解究竟是什麼讓不同的茶風味如此懸殊,中國昆明植物研究所的研究團隊從五年前開始進行茶樹的基因定序。沒想到,幫茶樹定序比想像中的要困難很多!

茶樹的嫩芽。圖片來源:Wiki

撰文|葉綠舒

有些人愛喝鐵觀音、有些人喝烏龍、西方人則是愛喝紅茶;但其實不論是鐵觀音、烏龍、紅茶、文山包種、東方美人、金萱...它們都是由茶樹(Camellia sinensis)的葉片製成!雖然山茶屬下有超過一百種植物,但只有茶樹的兩個亞種:阿薩姆種(C. sinensis. var. assamica)與中國種(C. sinensis var. sinensis)可以製茶;而同為山茶屬的油茶樹(C. oleifera)則只能榨油。

每個愛喝茶的人一提起茶來,總是有自己的一本「茶經」;雖然人人的「茶經」不同,但大家應該都能同意,茶那苦中回甘的味道是最讓人難忘的。茶的特殊風味主要來自於類黃酮素(flavonoids),而其中的兒茶素(catechin)尤其與茶的風味息息相關。不同的茶樹栽培種所含的類黃酮素、兒茶素與咖啡因比例不同,造就出不同風味的茶 -- 當然,對於半發酵茶(如烏龍)與全發酵茶(如紅茶)來說,發酵會進一步將茶葉內的化合物轉換成其他的化合物,為茶增添更多風味。

為了要了解究竟是什麼讓不同的茶風味如此懸殊,中國昆明植物研究所的研究團隊從五年前開始進行茶樹(雲抗10號,Yunkang 10)的基因定序。沒想到,幫茶樹定序比想像中的要困難很多!

多困難呢?研究團隊花了五年的功夫,才把第一版的茶樹基因草圖給組合起來!在這之前,這個團隊已經定序超過二十個植物的基因體,但因為茶樹有67%都是由反轉錄轉位子(retrotransposon)所組成,造成基因體中有非常多的重複序列,這些重複序列使得研究團隊在試圖組合不同的基因片段時,遇到非常多的麻煩。當然,高度重複的序列也使得茶樹的基因體變得極為巨大:30.2億鹼基對!模式植物阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)不過1.35億、木瓜(Carica papaya)3.72億、大豆(Glycine max)11.15億,即使是玉米(Zea mays)也只有23億而已。

除了有許多重複的反轉錄轉位子之外,研究團隊在茶樹基因體中也發現:負責產生咖啡因與類黃酮素的酵素基因也出現了重複的現象;這或許就是為何不同品種的茶樹風味不同的原因之一。研究團隊比較了二十五種品種的茶樹後發現,能夠表現較多與合成咖啡因以及類黃酮素相關的酵素,但表現較少與合成茶氨酸(theanine)相關酵素的茶樹,所產生的茶葉品質較好。

研究團隊認為,這些重複的序列,除了可能賦予不同品系的茶樹獨特的風味以外,可能也造就了茶樹卓越的環境適應能力。雖然茶樹原產於雲南、緬甸與印度交界的山區中,但目前它已被移植到許多不同的大陸上不同的海拔高度;同時,即使是在原產地,我們也可以看到茶樹可在不同海拔高度上旺盛地生長繁殖;這些都顯示了茶樹是一種很能適應環境的植物。

雖然目前的發現看來很令人振奮,但由於茶樹的基因體中有如此多的重複序列,研究團隊認為接下來最重要的事除了進行其他品種茶樹的定序,以深入理解為何不同品種的茶樹風味為何迥異之外;也應該要仔細地檢查整個基因體,以釐清仍不是那麼確定的部分。相信隨著定序的茶樹品種越來越多,我們對於為何茶樹能產生這麼多不同風味的茶,應該能有更清楚的解釋。

緊繫著中國命運的茶的基因機密即將解開,回顧過去數百年來的世界史,茶從做為中國重要的戰略物資,一度使中國搖搖欲墜,到如今成為許多國家休閒飲料的一種,再看看台灣大街小巷隨處可見的手搖茶,真令人有滄海桑田之感啊!

 

參考文獻:Xia et al. The tea tree genome provides insights into tea flavor and independent evolution of caffeine biosynthesis. Molecular Plant, 2017 DOI: 10.1016/j.molp.2017.04.002

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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