De novo-анализ полноразмерного транскриптома чайного растения с природным отсутствием кофеина выявляет специфические особенности регуляции вторичного метаболизма

Чайные растения имеют экономическую, медицинскую и культурную ценность. Катехины, кофеин и теанин являются основными вторичными метаболитами, определяющими вкус чая. В процессе сбора генетических ресурсов в Саньду-Шуйском автономном уезде провинции Гуйчжоу был обнаружен ресурс SDT, характеризующийся значительными различиями в содержании метаболитов по сравнению с сортом «Qiancha 1». В SDT отмечается высокое содержание теобромина и теофиллина, низкое содержание (-)-эпикатехин-3-галлата, (-)-эпигаллокатехин-3-галлата и теанина, а кофеин практически отсутствует. Однако этот чайный ресурс изучен недостаточно. Для исследования транскриптома и экспрессии генов, связанных с синтезом этих метаболитов, провели анализ полноразмерного транскриптома. Всего было получено 78 809 уникальных транскриптов, из которых 65 263 содержали полные кодирующие последовательности. Секвенирование РНК выявило 3415 дифференциально экспрессирующихся транскриптов в молодых листьях «Qiancha 1» и SDT. Кроме того, в различных тканях SDT обнаружено соответственно 2665, 6231 и 2687 дифференциально экспрессирующихся транскриптов. Эти транскрипты были преимущественно связаны с процессами метаболизма флавоноидов и аминокислот. Анализ сетей коэкспрессии выявил пять модулей, ассоциированных с метаболитами, и показал, что гены кофеинсинтазы (TCS) могут быть ответственны за низкое содержание кофеина в SDT. Фенилаланинаммиак-лиаза (PAL), глутаминсинтетаза (GS), глутаматсинтаза (GOGAT) и аргинин-декарбоксилаза (ADC) играют важную роль в синтезе катехинов и теанина. Кроме того, установлено, что транскрипционные факторы семейства ERF и WRKY могут участвовать в биосинтезе теанина. В целом полученные результаты позволяют определить гены-кандидаты для изучения механизмов синтеза этих метаболитов и создают основу для молекулярной селекции чайного растения.