Predictive model for tea varietal identification by PCR-RFLP analysis of Camellia sinensis SNP markers

Abstract

Растение вида Camellia sinensis является основным сырьём для производства чайной продукции. Оценка подлинности чайного сырья и готовой продукции может быть осуществлена сортовой идентификацией чая молекулярно-генетическими методами исследования, имеющими широкий арсенал диагностических подходов, в том числе к детекции однонуклеотидных замен (SNP – Single Nucleotide Polymorphism) анализом полиморфизма длин рестрикционных фрагментов ДНК, предварительно амплифицированных полимеразной цепной реакцией (ПЦР-ПДРФ). Цель настоящего исследования заключалась в выявлении и картировании полиморфных сайтов рестрикции у 8 SNP-маркёров Camellia sinensis с последующим ПЦР-ПДРФ-профилированием встречаемых генотипов и постаналитической оценкой китайских сортов чая на предмет их генотипической принадлежности и идентифицируемости. 117 эксклюзивных сортов чая, идентифицируемых с помощью 8 SNP-маркёров (1_SNP_2, 1_SNP_1, 3_SNP_14, 3_SNP_15, 1_SNP_13, 2_SNP_14, 1_SNP_5 и 2_SNP_4), послужили модельными объектами теоретико-аналитического исследования биоинформационной направленности, в ходе которого были подобраны диагностически значимые эндонуклеазы рестрикции, способные детектировать SNP и идентифицировать генотипы анализируемых маркёров. Таким образом установлена возможность детектирования полиморфных позиций 8 SNP-маркёров Camellia sinensis методом ПЦР-ПДРФ-анализа, обоснованная картированием выявленных полиморфных сайтов рестрикции и последующим профилированием встречаемых генотипов. Установленная возможность открывает перспективу для моделирования способа сортовой идентификации чая по анализируемым SNP-маркёрам с последовательными этапами пробоподготовки исследуемых образцов чая, экстракции нуклеиновых кислот Camellia sinensis и постановок ПЦР-ПДРФ с гель-электрофорезной детекцией. Постаналитическая оценка китайских сортов чая на предмет их генотипической принадлежности и идентифицируемости по SNP-маркёрам с полиморфными сайтами коммерчески доступных эндонуклеаз рестрикции позволила установить как идентифицируемые сорта чая с охарактеризованными уникальными комбинациями генотипов, так и неидентифицируемые сорта чая, распределённые по SNP-ассоциированным группам. SNP-маркёры, полиморфные позиции которых затрагивают сайты рестрикции коммерчески недоступных эндонуклеаз, могут быть проанализированы одной из модификаций ПЦР-ПДРФ – dCAPS (Derived Cleaved Amplified Polymorphic Sequences). The Camellia sinensis plant is the main raw material for the production of tea products. Assessing the authenticity of tea raw materials and finished products can be carried out by varietal identification of tea using molecular genetic research methods that have a wide arsenal of diagnostic approaches, including the detection of single nucleotide polymorphism (SNP) by analyzing the restriction fragment length polymorphism of DNA, previously amplified polymerase chain reaction (PCR-RFLP). The purpose of this study was to identify and map polymorphic restriction sites in 8 SNP markers of Camellia sinensis, followed by PCR-RFLP profiling of the encountered genotypes and post-analytical assessment of Chinese tea varieties for their genotypic affiliation and identifiability. 117 exclusive varieties of tea, identified using 8 SNP markers (1_SNP_2, 1_SNP_1, 3_SNP_14, 3_SNP_15, 1_SNP_13, 2_SNP_14, 1_SNP_5 and 2_SNP_4), served as model objects for a theoretical and analytical study of bioinformatics, during which diagnostics were selected and significant restriction endonucleases, capable of detecting SNPs and identifying genotypes of analyzed markers. Thus, the possibility of detecting polymorphic positions of 8 SNP markers of Camellia sinensis by PCR-RFLP analysis has been established, justified by mapping the identified polymorphic restriction sites and subsequent profiling of the encountered genotypes. The established possibility opens up prospects for modeling the method of varietal identification of tea using analyzed SNP markers with successive stages of sample preparation of the tea samples under study, extraction of Camellia sinensis nucleic acids and PCR-RFLP with gel electrophoresis detection. Post-analytical assessment of Chinese tea varieties for their genotypic affiliation and identifiability by SNP markers with polymorphic sites of commercially available restriction endonucleases made it possible to identify both identifiable tea varieties with characterized unique genotype combinations and unidentifiable tea varieties distributed according to SNP-associated groups. SNP markers, the polymorphic positions of which affect restriction sites of commercially unavailable endonucleases, can be analyzed by one of the PCR-RFLP modifications – dCAPS (derived Cleaved Amplified Polymorphic Sequences). Camellia sinensis, tea, SNP markers, PCR, RFLP, identification