馬黛茶基因體定序：揭開咖啡因合成演化之謎

一個國際科學家團隊成功定序了馬黛茶（yerba mate，學名Ilex paraguariensis）的基因體。馬黛茶是一種具有重要經濟價值的作物，用於製作馬黛茶飲品，它可是全球第三大最受歡迎的含咖啡因飲料。

Vignale等人釋出了馬黛茶基因體的首份草稿序列，並為咖啡因生物合成的酵素特性和身份提供了有力證據。（圖片來源：Ilosuna / CC BY - SA 3.0）

馬黛茶是一種生長於南美洲亞熱帶雨林的含咖啡因樹種。這種雌雄異株的常綠樹，其乾燥的葉子和樹枝被用來製作一種名為馬黛茶（mate）或奇瑪朗茶（chimarrão）的傳統飲品，在世界各地廣受歡迎。

目前大約有30萬公頃土地種植這種樹木，其中阿根廷的產量佔全球產量的80%。

研究顯示，馬黛茶飲品對人體有諸多益處，具有抗氧化、抗糖尿病的功效，還能刺激中樞神經系統等。

雖然馬黛茶的提神特性主要與咖啡因含量有關，但對於馬黛茶如何合成咖啡因以及其他重要代謝物的遺傳和生化機制，我們所知甚少。

歐洲分子生物學實驗室的研究員Federico Vignale博士表示：「我們發現大約5000萬年前，馬黛茶的祖先基因體發生了複製。這種古老的基因複製可能是其代謝複雜性進化的關鍵，使其能夠合成各種生物活性化合物，如萜類、類黃酮、酚類和黃嘌呤，這些化合物以其抗氧化、抗糖尿病和刺激神經系統的特性而聞名。而在所有這些化合物中，我最感興趣的是咖啡因。」

研究人員發現，馬黛茶的基因體總長達10.6億個鹼基對，至少包含53390個蛋白質編碼基因。他們還確定了該物種中負責咖啡因生物合成的基因和生化途徑。

研究人員指出：「咖啡因由多種不相關的植物物種合成，例如馬黛茶和咖啡，它們透過相似的代謝途徑進行生物合成。然而，我們發現參與這些途徑的基因是獨立進化的。」

布宜諾斯艾利斯大學的研究員Adrián Turjanski博士表示：「我們詳細瞭解到，這些基因沒有共同的祖先，而是來自不同的起源，馬黛茶和咖啡都是透過趨同進化途徑獲得了咖啡因生物合成能力。」

馬黛茶和咖啡中咖啡因合成的平行進化，讓科學家們懷疑咖啡因在植物生存中扮演著關鍵角色，可能是一種防禦機制。

Turjanski博士說：「透過閱讀基因體，我們可以知道如何幹預和改造植物。例如，我們可以培育出含咖啡因較低的馬黛茶品種，或者使其更適應其他土地，從而擴大其種植範圍。」

該研究結果已線上發表於《eLife》期刊。

Federico A. Vignale等人，2025年。《馬黛茶（Ilex paraguariensis）基因體為咖啡因生物合成的趨同進化提供新見解》，eLife 14: e104759；doi: 10.7554/eLife.104759