Hunderte von immergrünen Sträuchern und kleinen Bäumen, darunter die Teepflanze Kamelie sinensis, Gehören zur Camelia sinensis Gattung. Wissenschaftler sequenzieren verschiedene Chloroplasten- und Kern-DNA-Regionen, um Pflanzenarten zu identifizieren und die Phylogenetik zu untersuchen. Während die häufigste genetische Region, die für solche Forschungen verwendet wird, der interne transkribierte Spacer (ITS) ist, ist die Sequenzierung dieser Region für die problematisch Camelia sinensis Gattung, was es schwierig macht, ihre Entwicklung zu studieren.
Neun Wissenschaftler aus China und Japan unter der Leitung von Dr. Min Zhang und Wen-Ju Zhang von der Nanjing Forestry University und der Fudan University konzentrierten sich auf die 26S-ribosomale DNA (rDNA)-Region von 13-26 Camelia sinensis Arten für eine phylogenetische Studie. Die Forscher schlagen vor, dass konzertierte Evolution (z. B. eine Familie von Genen entwickelt sich gemeinsam als Einheit) auf rDNA in einer homogenisierenden Weise wirkt. Sie fanden auch heraus, dass die Camelia sinensis Die Gattung weist den höchsten rDNA-Polymorphismus bei Angiospermen auf, hauptsächlich beigetragen durch Pseudogene, die dem Evolutionsmodell von Geburt und Tod folgen (z. B. bleiben einige im Genom und expandieren, während andere gelöscht werden und durch den Evolutionsprozess verloren gehen). Pseudogene sind deaktivierte Kopien von proteinkodierenden Genen und wurden so genannt „Genomische Fossilien“ was phänotypische Veränderungen innerhalb dieser Gattung beschleunigen könnte.
Zhang und Kollegen sammelten 13 diploide Camelia sinensis Arten aus der Internationalen Camelia sinensis Artengarten in China oder ihren natürlichen Lebensraum. Die Wissenschaftler verwendeten Next-Generation-Sequencing für die 26S-rDNA-Regionen mit zwei internen Kontrollen, um potenzielle PCR-Amplifikations- und Sequenzierungsfehlerraten zu bewerten. Es wurden einzigartige Ribotypen, operationelle taxonomische Einheiten (OTUs) und entrauschte Null-Radius-OTUs identifiziert. Der Gehalt an Guanin (G) und Cytosin (C), die minimale Faltungsenergie der RNA und die freie Gibb-Energie der DNA wurden berechnet oder vorhergesagt. Insgesamt wurden 1,876 Sequenzen aus 26 Taxa zusammengestellt, um einen Maximum-Likelihood-Stammbaum zu erstellen.
Nach Entrauschen der Sequenz-Reads wurden 64 bis 217 ZOTUs identifiziert Camelia sinensis Proben, die den am häufigsten vorkommenden rDNA-Polymorphismus in Angiospermen darstellen. Zhang und Kollegen schlugen vor, dass die meisten Ribotypen von rDNA-Pseudogenen stammten. Die funktionellen 26S-rDNA-Sequenzen waren relativ konserviert, aber aufgrund von Pseudogenen bildeten sich viele Verzweigungen auf dem phylogenetischen Stammbaum. Der Baum zeigte auch, dass Duplikationsereignisse vor der Divergenz von Unterschieden stattfanden Camelia sinensis Sektionen und Verdopplungen traten auch innerhalb einer Art auf.
"Camelia sinensis stellt eine Gruppe dar, in der rDNA einer Mischung aus konzertierter und Geburt-und-Tod-Evolution ausgesetzt ist“, schrieben Zhang und Kollegen. „Einige rRNA-Pseudogene könnten potenzielle Funktionen haben. Wenn sie dem Selektionszwang entkommen, würden sich die Pseudogene in Richtung abnehmenden GC-Gehalts, freier Energie und Strukturstabilität entwickeln und schließlich aus dem Genom eliminiert werden.“
„Wir spekulieren, dass einige rRNA-Pseudogene eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung phänotypischer Veränderungen sowie der genomischen Evolution spielen könnten, was weiter untersucht werden muss“, fügten die Wissenschaftler hinzu.
Diese Studie hat erstmals gezeigt, welche Prozesse hinter den evolutionären Prozessen in der Camelia sinensis Gattung und stellte zukünftige Richtungen der Erforschung dieser phylogenetisch und wirtschaftlich wichtigen Pflanzengruppen vor.
