一般的な茶にも紅茶､緑茶､烏龍茶､白茶､チャイなど様々な種類があるが､いずれもCamellia sinensis､一般的には茶樹と呼ばれる常緑低木の葉を原料としている｡茶は文化的にも経済的にも重要でありながら､茶の葉の木についてはあまりよく知られていない｡2017年5月1日付Molecular Plant誌オンライン版に掲載された茶樹のゲノム解析初稿を読めば､なぜ茶の葉には抗酸化物質やカフェインが豊富に含まれているのかが想像できるのではないか｡
このオープンアクセス論文は､｢The Tea Tree Genome Provides Insights into Tea Flavor and Independent Evolution of Caffeine Biosynthesis (茶樹のゲノムが茶の風味とカフェイン生合成の独立進化解明の手がかりに)｣と題されている｡
茶樹が近縁種と遺伝学的にどう違うのかを理解すれば､茶園経営者もCamellia sinensisの葉はなぜユニークなのかということが分かるのではないか｡このCamellia属には100を超える種があり､その中には庭木として栽培される種もいくつかあり､さらに､茶油を採るC. oleiferaがあり､茶の原料として商業的に栽培されているのは主として2種 (C. sinensis. var. assamicaおよびC. sinensis var. sinensis) があるだけである｡中国Kunming Institute of Botany (中国科学院昆明植物研究所) の植物遺伝学者､Li-Zhi Gao (高立志), PhDは､｢茶には様々な風味があるが､茶の風味を決めているのはどの遺伝子かと言うことは謎だ｣と述べている｡
これまでの研究で､茶の風味はフラボノイドと呼ばれる抗酸化物質のグループによるものであり､これらの化学物質は茶樹が環境に耐えて生きるのに役立っていると想像されている｡その一つが､カテキンと呼ばれる苦味のあるフラボノイドで特に茶の風味との関係が強い｡カテキンその他のフラボノイドもカフェインと同じように､その含有量は同じCamellia属でも種によって異なる｡Gao博士と研究チームは､C. sinensisの葉がカテキン､カフェイン､フラボノイドを大量に含んでいるだけでなく､カフェインやフラボノイドを造る遺伝子の複写もふんだんに持っていることを突き止めた｡カフェインやカテキン類のようなフラボノイドはタンパク質ではなく､従って直接ゲノムにエンコードされているのではないが､遺伝子にエンコードされているタンパク質が茶の葉に含まれており､それがカフェインやフラボノイドを作るのである｡
Camellia属の種はすべてカフェインやフラボノイドを生成する経路の遺伝子を持っているが､その種によって遺伝子発現のレベルが異なる｡その変異が､C. sinensisの葉は茶を作るのに適しているが､他のCamellia属の種は適していないことの原因になっていると考えられる｡Dr. Gaoの研究チームは､茶樹のゲノムの塩基対の半分以上､67%がレトロトランスポゾン･シーケンス､いわゆる｢転位遺伝子｣の一部で､それ自身をゲノムの異なる位置に数多く複写したのではないかと推測している｡レトロトランスポゾンの数が非常に多いために茶樹のゲノム･サイズが膨れあがっており､耐病性を含め､特定遺伝子が何度も複写された可能性がある｡
研究チームは､茶樹は気候条件の異なるいくつかの大陸でよく生育しており､このように膨れあがった遺伝子族のおかげで茶樹は異なる気候や環境のストレスに適応できたのではないかと考えている｡このようなレトロトランスポゾンの複写のかなりのものが､茶樹の進化史で比較的最近に起きたらしいことから､研究チームは､遺伝子複製の少なくとも一部は栽培の結果起きたのではないかと考えている｡しかし､このように複写された遺伝子や大量の反復シーケンスのため､茶樹のゲノムをアセンブリングするのは難事業だった｡Dr. Gaoは､｢私達の研究室では20種以上の植物のゲノムのシーケンシングとアセンブリングに成功しているが､茶樹のゲノムは難しかった｣と述べている｡原因の一つとして､茶樹のゲノムは最初に予想していたよりはるかに巨大だったことが挙げられる｡茶樹のゲノムは全長30億2,000万塩基対でできており､コーヒーの木のゲノムの4倍以上の大きさがあり､これまでにシーケンス解析が完了している植物種の大部分と比べてもはるかに大きい｡
問題をさらに複雑にしているのは､その遺伝子のうちのかなりが複写または複写に近いものだということである｡ゲノムは全体をそのままシーケンス解析するには大きすぎるため､何千という部分にわけてシーケンシングし､シーケンシングが終われば複数の断片に現れるオーバーラップする共通のシーケンスを見つける作業をすることになる｡このオーバーラップした部位が断片を正しい順序で並べる目印になるが､ゲノムに何十万という数の反復シーケンスが含まれていると､オーバーラップした部位はその反復シーケンスの山で見分けがつかなくなってしまう｡100万個のピースでできたジグソーパズルを並べようとしても中間のピースがほとんどすべて同じ形をしているというようなものである｡
近代的なシーケンシング設備を使っても､チームが総がかりで茶樹のゲノムのシーケンシングとアセンブリングを完成させるのに5年以上の歳月を費やした｡さらに､ゲノム初稿の再チェックや､世界中の茶樹の異なる品種のシーケンシングなどやらなければならないことはまだたくさんある｡Dr. Gaoは､｢今は遺伝子地図の構築や新しいシーケンシング技術なども備えて､茶樹のゲノムの更新の作業を行っており､茶の風味の秘密も調べるつもりだ｡遺伝子コピー回数の違いにも注目し､それが茶の風味などの特性にどう影響しているかを調べることになる｡異なる茶樹の変種の地図を作り､茶樹がどのようにして栽培され､いくつかの大陸に広められていったかを解明することが願いだ｣と述べている｡
写真はCamellia sinensis畑のクローズアップ｡(Credit: Li-Zhi Gao Lab).
原著へのリンクは英語版をご覧ください
Tea Tree Genome Sequenced; Insights into Tea Flavor & Independent Evolution of Caffeine Biosynthesis
