Zhonghua Liu,

Lizhi Gao,

Zongmao Chen,

Xiaoxiong Zeng,

Jian’an Huang,

Yushun Gong,

Qin Li,

Shuoqian Liu,

Yong Lin,

Shuxian Cai,

Sheng Zhang,

Ligui Xiong,

Wei Li,

Li Zhou,

Xinru Wang,

Fengjian Luo,

Qunjie Zhang &

Dan Zhang

China este cel mai mare producător și consumator de ceai din lume și are resurse abundente de plante și produse de ceai (inclusiv ceai verde, ceai negru, ceai negru, ceai oolong, ceai alb și ceai galben). De la începutul noului secol, cercetarea științifică și inovația tehnologică au condus la îmbunătățiri ale producției, calității, siguranței și consumului de ceai în China, ceea ce a condus la dezvoltarea sănătoasă și durabilă a industriei ceaiului din China. Echipa profesorului academician Zongmao Chen de la Institutul de Cercetare a Ceaiului din Academia Chineză de Științe Agricole, echipa profesorului Zhonghua Liu de la Universitatea Agricolă din Hunan (HAU) și echipa profesorului Lizhi Gao de la Universitatea Agricolă din China de Sud (SCAU) serie de realizări remarcabile în domenii de cercetare, cum ar fi genomica plantelor de ceai și utilizarea resurselor, teoria procesării ceaiului, ceaiului și sănătății, utilizarea componentelor funcționale din ceai, reziduurile de pesticide ale ceaiului și siguranța.

ceea

Germoplasma și genomica plantelor de ceai

Planta de ceai Camellia sinensis (L.) O. Kuntze este sursa ceaiului cultivat comercial, aparține genului Camelia (Theaceae) și are numeroși metaboliți secundari care oferă arome bogate și beneficii pentru sănătate. Cu toate acestea, bazele genetice pentru biosinteza și acumularea bogată a tuturor formelor de compuși bioactivi în ceai, care afectează calitatea și producția produselor din ceai, s-au bazat în mare parte pe genomica plantelor de ceai. Lizhi Gao conduce o echipă care a examinat mai întâi mărimea genomului, variația și evoluția Camelia reprezentanți ai aproape tuturor secțiunilor celor două subgenuri, Camelia și Thea 1. Grupul lui Gao a lansat primul proiect al genomului plantei de ceai în 2010 pe baza unei estimări exacte a conținutului de ADN al C. sinensis var. assamica să fie 1C = 3,01 pg, care este egal cu o dimensiune a genomului de aproximativ 2,940 Mb. După șapte ani de muncă pentru a depăși provocarea unui nivel ridicat de heterozigozitate genomică și a unei dimensiuni mari a genomului, echipa a finalizat ansamblul genomului 3.02-gigabază al Yunkang 10 (2n = 2x = 30 cromozomi), un cultivar de elită diploid de C. sinensis var. assamica crescut pe scară largă în sud-vestul Chinei pe baza datelor secvențiale din secvențierea pistolului holegenom 2. Secvențele repetitive reprezintă

80,89% din acest genom mare diploid, în timp ce restul produce 36.951 gene proteincoding de înaltă încredere. Retrotranspozonii cu repetiții lungi terminale (LTR) reprezintă majoritatea (

67,21%) din genomul plantei de ceai, din care aproximativ 55,09% din ansamblu a fost identificat ca superfamilii Ty1/copia și Ty3/gypsy. Familii de retrotranspozoni LTR Ty3/gypsy (

47,08%) predomină și contribuie cel mai mult la extinderea genomului plantei de ceai. Cea mai mare familie de retrotranspoziții Ty3/gypsy, TL001, contează

36,79% din întregul genom al plantei de ceai, reprezentând primul raport al unei singure familii de retrotransposoni LTR care se propagă și persistă pentru mai mult de 50 de milioane de ani de evoluție. Ei au identificat expansiunea genealogică specifică a familiilor de gene asociate cu biosinteza metabolică a flavonoidelor care îmbunătățește producția de catechine, activarea enzimelor terpenice asociate cu aroma de ceai și genele de apărare a bolii și de toleranță la stres de mediu care facilitează adaptarea la diverse habitate. Analiza comparativă genomică a N-metiltransferazelor demonstrează o evoluție independentă, recentă și rapidă a căii sintetice a cofeinei din planta de ceai în raport cu arborii de cacao și cafea. Recent, grupul lui Gao a generat primul genom de referință de înaltă calitate pentru varietatea comercială Biyun de C. sinensis var. sinensis folosind o platformă de secvențiere în timp real (SMRT) cu o singură moleculă. Ansamblul final al genomului plantei de ceai a fost de 2,92 Gb, reprezentând

96,69% ​​din dimensiunea estimată a genomului de 3,02 Gb. Ansamblul cuprinde 9.998 schele cu schele N50 și lungimi contig N50 de 1,16 Mb și respectiv 707,7 Kb,

2,58 și 35,46 ori mai lungi decât ansamblul genomului raportat anterior Yunkang 10 (449.457 Kb și 19.96 Kb) care a fost asamblat de Illumina citește doar 1. Cel puțin 74,13% din ansamblul genomului 3,02-Gb este format din secvențe repetitive, iar restul produce 40.163 predicții de înaltă încredere ale proteinelor codificate. Grupul lui Gao a obținut cele paisprezece Camelia genomii cp, incluzând atât C. sinensis var. sinensis și C. sinensis var. assamica, oferind primele informații despre variația și evoluția genomului cp în acest gen. Grupul lui Gao a asamblat, de asemenea, genomii mt complet ai lui C. sinensis var. assamica CV. Yunkang 10 în două contiguri circulare de 702.253 bp și respectiv 178.082 bp în lungime, care cuprind 35 de gene de codificare proteică, 29 de ARNt și doi ARNr. Progrese mari în genomica plantelor de ceai vor facilita selecția asistată de marker a îmbunătățirii plantelor de ceai și utilizarea genelor extraterestre derivate din diversitatea abundentă a germoplasmei plantelor de ceai care ar oferi promisiune de a dezvolta soiuri de ceai mai bune de înaltă calitate.

În ciuda cunoștințelor dobândite că acumularea diferențială a celor trei metaboliți secundari caracteristici - catechine, teanină și cofeină - în frunzele de ceai care determină în mare măsură calitățile ceaiului, sunt necesare mai multe eforturi în ceea ce privește reglementarea transcripțională complexă a acestor căi metabolice. Grupul Gao a efectuat analize genomice, transcriptomice și metabolomice pentru a determina baza genetică a adecvării procesării ceaiului, a aromelor și beneficiilor pentru sănătate care fac din ceai una dintre băuturile cele mai consumate din lume 2. Genul Camelia, constând din

119 specii cu profiluri de metabolit diferențiale, oferă un sistem unic puternic pentru disecarea variației și evoluției acestor căi care determină adecvarea procesării ceaiului. Comparații între reprezentanți Camelia genealogiile arată că, în ciuda conservării celor trei căi metabolice, niveluri de expresie semnificativ mai ridicate ale genelor legate de flavonoide și cofeină, dar nu și ale teaninei, sunt responsabile pentru producția crescută de catechine și cofeină în planta de ceai cultivată și rude sălbatice apropiate. Aceste descoperiri stabilesc cunoștințe fundamentale cu privire la baza genomică a adecvării procesării ceaiului, a gustului ceaiului și a beneficiilor pentru sănătate.

Mecanismul albino al lui ‘Anji Baicha'Ceai

Proprietăți anti-senescență ale ceaiului

Efectele hipolipidemice și anti-obezitate ale ceaiului negru

Ceaiul negru este un tip special de ceai chinezesc în care fermentația microbiană are loc în timpul procesării. Ceaiul din cărămidă Fuzhuan, cel mai popular ceai negru, se consumă zilnic în nord-vestul Chinei de câteva sute de ani. Eurotium cristatum este ciuperca dominantă utilizată pentru postfermentare. Rezultatele cercetărilor din grupul lui Liu arată că ceaiul din cărămidă Fuzhuan ar putea regla metabolismul lipidelor, îmbunătăți funcția intestinală și preveni sindroamele metabolice, cum ar fi obezitatea și hiperlipidemia, de la nivelurile metabolismului biochimic, citologie, expresie genică, proteomică și microecologie intestinală.

Formarea de calitate a ceaiului negru în timpul prelucrării

Fermentarea microbiană este importantă pentru a asigura aroma și calitatea ceaiului negru. Procesul de fabricație a ceaiului negru este împărțit în prelucrare primară și prelucrare prin presare. Procedura de prelucrare primară este după cum urmează: frunze de ceai proaspăt → fixare → rulare → fermentare în grămadă → uscare → ceai întunecat primar. Procedura de prelucrare prin presare este după cum urmează: ceai întunecat primar → screening → amestecare → aburire → fermentare în grămadă → presare → fermentare fungică → uscare → ceai negru din cărămidă. Ceaiul de cărămidă Fuzhuan este un tip deosebit de special de ceai negru, deoarece E. cristatum este microbul dominant în timpul prelucrării. Fermentarea în grămadă și fermentarea fungică sunt pașii cheie în procesul de fabricație a ceaiului întunecat primar și, respectiv, a ceaiului din cărămidă Fuzhuan. Variațiile comunității microbiene, compușii chimici majori și mecanismul de formare caracteristică a calității ceaiului întunecat primar și a ceaiului din cărămidă Fuzhuan au fost clarificate de grupul lui Liu.

Pentru fermentarea în grămadă a ceaiului întunecat primar, genurile Cyberlindnera, Aspergillus, Uwebraunia și Pleosporales neclasificate de ciuperci și Klebsiella, Lactobacillus de bacterii au predominat în stadiul incipient al procesului, dar numai Cyberlindnera și Klebsiella au dominat la sfârșitul etapei relativ constant până la sfârșitul fermentației. În plus, ciupercile au adus mai multe contribuții la formarea aromei caracteristice a ceaiului întunecat primar decât bacteriile în timpul fermentării grămezii. Mai mult, zece genuri microbiene - Cyberlindnera, Aspergillus, Eurotium, Uwebraunia, Debaryomyces, Lophiostoma, Peltaster, Klebsiella, Aurantimonas și Methylobacterium - au fost identificate ca genuri funcționale de bază pentru fermentarea în grămadă a ceaiului întunecat primar 17. Activitățile polifenol oxidazei, celulazei și pectinazei au fost crescute, în timp ce compușii chimici majori, inclusiv polifenoli ai ceaiului, catechinele, aminoacizii, flavonoizii, zaharurile solubile au fost diminuați în timpul acestui proces. Aminoacidul a fost identificat ca un factor important în modelarea structurii comunității microbiene a ecosistemului primar de ceai negru 17 .

Utilizarea eficientă a componentelor funcționale din ceai

Cercetările privind ingredientele funcționale ale ceaiului au început acum aproximativ 30 de ani în China. Inovația tehnologică privind extracția, separarea și purificarea componentelor active din ceai, în special polifenoli, a promovat dezvoltarea globală a procesării cuprinzătoare a ceaiului (extracția ingredientelor active, cum ar fi ceaiul instant, polifenolii de ceai, cofeina, teanina și teaflavinele din frunzele de ceai pentru a obține extractele solubile din frunzele de ceai) și extractele de ceai aplicate în domeniul sănătății. Echipa Liu a studiat sistematic noile tehnologii pentru extracția, separarea și purificarea componentelor de ceai în ultimii 20 de ani. Echipa Liu a îmbunătățit efectiv nivelul tehnic și forța internațională a industriei de prelucrare cuprinzătoare a ceaiului din China.

Extracția, separarea și purificarea polifenolilor de ceai. Tehnologia cromatografiei pe coloană cu rășină de adsorbție macroporă și tehnologia nanomembranară au fost aplicate în producția industrială a catehinelor de ceai de către echipa Liu pentru a izola și purifica catehinele și a elimina cafeina eficient doar cu apă și alcool comestibil ca solvenți. Riscurile potențiale ale reziduurilor nocive de solvent, cum ar fi acetat de etil, triclorometan sau diclorometan în procesele de fabricație tradiționale, au fost eliminate în mod eficient.

Tehnologie inovatoare de separare și purificare a monomerilor din catehine de ceai. Prin adoptarea cuprinzătoare a ingineriei enzimatice și a cromatografiei pe coloane și a tehnologiilor de monitorizare online, blocajul tehnic al separării industriale de înaltă eficiență și prepararea monomerilor de catehină de ceai a fost depășit de echipa lui Liu. Capacitatea anuală de producție a EGCG 90%

98% în China depășește 30 de tone.

Producția industrială de teaflavine prin oxidarea enzimatică a catehinelor de ceai. Echipa Liu a examinat polifenol oxidaza din diferite plante (cum ar fi ceaiul, para și măr) și surse microbiene, a construit un nou sistem pentru producția industrială de teaflavine prin oxidarea enzimatică a catekinelor ceaiului verde și a stabilit un sistem de tehnologie de separare și purificare pe scară largă. theaflavin de înaltă puritate și monomerii săi. Această descoperire a depășit problema costului de producție al teaflavinelor din ceaiul negru.

Separarea și purificarea L-teaninei naturale. Echipa Liu a cercetat separarea și purificarea L-teaninei naturale din stratul de apă al polifenolilor de ceai extrase de acetat de etil și a implementat fabricarea a 20%

98% L-teanină naturală pe scară largă pentru piața internațională.

Considerație critică el factorul important care influențează siguranța consumatorilor în ceai

Figura 1: Transferul reziduurilor de pesticide din ceaiul uscat în infuzia de ceai.

Referințe

Huang, H., Tong, Y., Zhang, Q. și Gao, L. Plus unu 8, e64981 (2013).

Xia, E. și colab. Mol. Plantă 10, 866–877 (2017).

Huang, H., Shi, C., Liu, Y., Mao, S. și Gao, L. BMC Evol. Biol. 14, 151 (2014).

Li, Q. și colab. Proteome Sci. 9, 44 (2011).

Yuan, L. și colab. Gene 561, 23-29 (2015).

Xiong, L. și colab. Fiziol vegetal. Biochimie. 71, 132-143 (2013).

Xiong, L. Chen, Y., Tong, J., Gong, Y., Huang, J. și Liu, Z. Redox Biol. 14, 305-315 (2018).

Xiong, L. și colab. Food Chem. 217, 196–204 (2017).

Xiong, L. și colab. J Agric. Food Chem. 62, 11163–11169 (2014).

Zhang, J. și colab. Neurochem. Rez. 41, 3364–3372 (2016).

Cai, S. și colab. Plus unu. 11, e0152064 (2016).

Cai, S. și colab. Food Funct. 9, 5455–5462 (2018).

Li, Q. și colab.. J. Sci. Food Agric. 93, 1310–1316 (2013).

Liu, Z. și colab. Electroforeză 36, 2002–2016 (2015).

Fu, D., și colab. Alimente Res. Int. 44, 2999–3005 (2011).

Chen, G. și colab. J. Sci. Food Agric. 66, 2783–2795 (2018).

Li, Q. și colab. Frontierele microbiolului. 9, 1509 (2018).

Li, Q. și colab. Știință. reprezentant. 7, 6947 (2017).

Zhou, L., Luo, F. J., Zhang, X. Z., Jiang, Y., Lou, Z. și Chen, Z. Food Chem. 202, 199–204 (2016).

Wang, X. și colab. Food Chem. 244, 254–259 (2018).