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！

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。