De groei van thee

Volgens de legende zat de boeddhistische monnik Bodhidharma rond het jaar 500 negen jaar lang met zijn gezicht naar de wand van een grot te kijken en in stilte te mediteren, maar hij bleef wakker en geconcentreerd. Uiteindelijk viel hij echter in slaap, en toen hij wakker werd was hij zo kwaad op zichzelf dat hij zijn oogleden afscheurde en ze vol afschuw op de grond gooide. Uit dit weggegooide vlees groeide een plant waarvan Bodhidharma’s volgelingen een drank konden maken die zowel hun geest stimuleerde als hun zenuwen kalmeerde. Het was de eerste theeplant, en de drank was perfect voor mediterende monniken.

Het onlangs gesequenteerde genoom van de plant vertelt echter een ander verhaal, wat betekent dat wetenschappers een aannemelijker verklaring zullen moeten construeren voor de transformatie van thee van een in het wild groeiende plant in China tot een gewas dat de basis vormt van ’s werelds op één na populairste drank, na water. Elke dag drinkt de wereldbevolking meer dan 2 miljard kopjes thee. Thee wordt in meer dan 60 landen commercieel geteeld en levert jaarlijks een oogst op van meer dan 5 miljoen ton bladeren, die worden geplukt of gesneden van de plant zijn meest verse groei.

De reis van de theeplant wordt weerspiegeld in zijn naam, Camellia sinensis. Camellia geeft aan dat thee een houtige plant is, nauw verwant aan de sierstruiken die vanwege hun bloemen een plaats hebben veroverd in talloze tuinen, en sinensis staat voor de Chinese oorsprong.

De verspreiding van de theeproductie en -consumptie vanuit China naar de rest van de wereld is goed gedocumenteerd. Thee werd rond het jaar 1200 door een andere boeddhistische priester naar Japan gebracht. De Nederlanders brachten thee naar Europa in 1610, en de Engelsen ontwikkelden een smaak voor thee ongeveer 50 jaar later. Tot het midden van de negentiende eeuw voorzag China het Westen van thee, maar na tientallen jaren van spanningen, die uitmondden in de Opiumoorlogen, probeerde Groot-Brittannië voor zichzelf thee te verbouwen in India. Van daaruit verspreidde de theeteelt zich over het Britse Rijk en daarbuiten.

Het is echter moeilijker vast te stellen wanneer, waar en waarom thee voor het eerst werd gedomesticeerd, aangezien dat gebeurde voordat men betrouwbare schriftelijke verslagen begon bij te houden. Aangenomen wordt dat thee in China voor het eerst als geneeskrachtig kruid werd gebruikt, waarschijnlijk vanwege de mild stimulerende eigenschappen, voordat het een drank werd die om zijn delicate smaak werd vereerd. Huidige schattingen schatten dit eerste gebruik op 3.500-4.000 jaar geleden. Maar: “De eerste ondubbelzinnige vermelding van thee in een tekst komt uit een arbeidscontract van ongeveer 2000 jaar geleden,” zegt Lawrence Zhang, een historicus aan de Hong Kong University of Science and Technology. “Een van de dingen die de bediende moest doen, was naar de markt gaan en deze plant voor zijn meester kopen.”

Het vroegste archeologische bewijs van theedrinken valt in een vergelijkbaar tijdsbestek. In 2016 werden de kenmerkende moleculaire componenten van thee gevonden in plantenmateriaal verzameld in het noordoosten van China en Tibet, en vervolgens met koolstof gedateerd tot ongeveer 2100 jaar oud1. Maar om verder terug te gaan, naar de vroegste binnenlandse geschiedenis van thee, zoeken biologen naar aanwijzingen in het DNA van de huidige theeplanten.

Het kiezen van eigenschappen

Het is al te simplistisch om te denken dat er een moment is waarop een wilde plant transformeert in een landbouwproduct. “Meestal is er een eerste domesticatie gevolgd door een lange periode van verbetering,” zegt Jonathan Wendel, een planten evolutionair genomicus aan de Iowa State University in Ames. “En die verbetering gaat nog steeds door in veel van onze planten en dieren.”

Voor elke plant die momenteel door mensen wordt geteeld, hield die aanvankelijke domesticatie in dat mensen belangstelling kregen voor in het wild groeiende planten – in eerste instantie verzamelden ze bijvoorbeeld fruit of bladeren – en ze vervolgens begonnen te cultiveren voor eigen gebruik. Bewust of niet, de telers die bij voorkeur de planten vermeerderen die het best de kwaliteiten leveren die zij willen, stellen die soort bloot aan kunstmatige selectie.

Op den duur resulteert dit meestal in grote veranderingen in de soort. Zo is teosinte, de wilde voorouder van maïs, een sterk vertakt wild gras dat vele kleine korenaren draagt – opvallend anders dan de robuuste enkele stengels van gecultiveerde maïs die slechts enkele grote aren voortbrengt. Daarentegen zijn gekweekte paranoten bijna niet te onderscheiden van hun wilde voorouders.

De oorsprong van thee wordt vertroebeld door het feit dat wilde C. sinensis planten nooit eenduidig zijn geïdentificeerd. Neven en nichten van C. sinensis groeien tegenwoordig in het wild in China en aangrenzende landen, maar ze behoren duidelijk tot verschillende soorten. En waar in het wild groeiende C. sinensis is aangetroffen, denken de meeste wetenschappers dat het om verwilderde planten gaat die afstammen van gewassen.

Deze situatie is niet bijzonder ongewoon. “Het is een waarheid als een koe geworden dat de wilde vormen van de meeste van onze gedomesticeerde gewassen niet bestaan – ze kunnen niet worden gevonden,” zegt Wendel. Daar zijn veel redenen voor, legt hij uit. De plant kan bijvoorbeeld zeldzaam zijn geweest en tot uitsterven zijn gedreven. Maar hoe het ook zij, dit betekent dat onderzoekers niet weten vanaf welk punt de domesticatie van thee is voortgeschreden. Ze hebben de plant die voor het eerst door mensen werd geëxploiteerd niet gezien, dus weten ze niet welke eigenschappen van de moderne plant door mensen werden geïntroduceerd. In plaats daarvan moeten zij proberen deze informatie af te leiden uit aanwijzingen in het DNA en de biologie van de plant.

Bij het kweken van thee is waarschijnlijk geselecteerd op eigenschappen als een hogere opbrengst, misschien door planten te kiezen met een gelijkmatige groei in de seizoenen en weerstand tegen koude en ziekten. Maar het is vrijwel zeker dat er ook is geselecteerd op de productie van bestanddelen die het drinken van thee aangenaam maken. “De kwaliteit van thee is vooral te danken aan de secundaire metabolieten,” zegt Colin Orians, ecoloog aan de Tufts Universiteit in Medford, Massachusetts. Maar deze chemische stoffen “zijn er niet om thee lekker te maken voor mensen”, zegt hij. In plaats daarvan zijn ze de producten van biochemische routes die de theeplant helpen te overleven.

We kunnen niet zeker weten waarom elk van de bestanddelen van thee is geëvolueerd, zegt Orians, maar enkele algemene principes geven aanwijzingen. De cafeïne die thee zijn stimulerende effecten geeft, is een neurotoxine voor insecten en andere ongewervelden, en zou antimicrobiële voordelen kunnen hebben. Catechinen – verbindingen die bijdragen tot de bitterheid van thee en waarvan wordt aangenomen dat ze de potentiële gezondheidsvoordelen van theedrinken bewerkstelligen – zijn flavonoïden, een reeks antioxidantmoleculen die planten helpen om te gaan met oxidatieve stress. Sommige bieden de plant ook bescherming tegen planteneters of beschermen haar tegen ultraviolette straling. En theanine – de chemische stof die in verband wordt gebracht met de mogelijk kalmerende effecten van thee – is een aminozuur dat waarschijnlijk bijdraagt aan de stikstofbiochemie en de synthese van plantmateriaal.

Een of andere combinatie van deze verbindingen trok mensen eerst naar wilde theeplanten, maar sindsdien is hun relatieve abundantie waarschijnlijk verschoven door kunstmatige selectie. “Ik twijfel er niet aan dat we van thee zijn gaan houden vanwege de cafeïne,” zegt Orians, “maar we willen ook graag dat onze stimulerende middelen lekker smaken.” Uit vroege teksten over thee, daterend uit de achtste eeuw, blijkt dat de thee vaak werd bereid met extra smaakmakers zoals ui, gember, zout of sinaasappel, wat suggereert dat de thee alleen onsmakelijk was. De smaak werd verbeterd door innovaties in de verwerking van de bladeren – deze methoden maakten de productie mogelijk van groene, witte, zwarte en oolong thee van dezelfde plant – maar thee werd waarschijnlijk ook gekweekt voor een betere smaak. Zeker is dat er ook nu nog veel wordt geëxperimenteerd met het kweken van theecultivars – variëteiten die door selectieve veredeling tot stand zijn gekomen – met nieuwe smaakprofielen. Maar het is niet duidelijk wanneer smaak de selectie begon aan te sturen.

A, C, G en thee

In de afgelopen twee decennia hebben genetische analyses het begrip van de oorsprong van veel gewassen, waaronder maïs, olijven en rijst, veranderd. Nu komt daar thee bij.

Naarmate planten gedomesticeerd worden, gaan ze zich genetisch steeds meer onderscheiden van hun wilde voorouders. Ze stapelen mutaties op die ten grondslag liggen aan de eigenschappen waarop telers selecteren, en varianten die worden gevonden op delen van chromosomen in de buurt van die mutaties kunnen zich samen met hen verspreiden. Naarmate de tijd verstrijkt, worden ook willekeurige genetische verschillen vergaard. De soorten veranderen dus genetisch, en elke plantensoort die door telers apart wordt gehouden van andere soorten, zal ook een eigen genetisch profiel ontwikkelen. Zonder een wilde voorouder om te karakteriseren, kunnen deze veranderingen niet rechtstreeks worden waargenomen, maar door de genotypen van de huidige stammen te catalogiseren, kunnen genetici iets van deze geschiedenis afleiden.

Analyse van de genetische verschillen tussen gekweekte stammen onthult het meest betrouwbaar hoe nauw verwant de stammen zijn. Hoe verwanter twee stammen blijken te zijn, des te recenter hebben zij een gemeenschappelijke voorouder gedeeld. Genetici kunnen de cultivars van vandaag dan ook analyseren om stambomen te tekenen die hun verwantschap weergeven. Het afleiden van dergelijke evolutionaire geschiedenissen voor gecultiveerde planten wordt bemoeilijkt door kruisingen tussen cultivars, maar de resulterende hybriden hebben doorgaans genotypen die duidelijk een mengsel zijn van twee verschillende sets ouderlijke genen.

Genetici kunnen ook afleiden welke genoomregio’s door theetelers zijn geselecteerd. Wanneer een gunstige genetische eigenschap zich snel door een populatie verspreidt – doordat boeren ervoor kiezen om alleen theeplanten te kweken die deze eigenschap bezitten – gaat een hele chromosoomregio mee op reis. Dit betekent dat andere versies van de genomische regio worden verbannen en dat het stuk genoom niet veel zal verschillen tussen stammen en individuele planten – voor genetici een duidelijk teken dat de regio een of meer genen bevat die verband houden met een waardevolle eigenschap.

Onderzoekers proberen al 20 jaar met behulp van genetica verwantschappen tussen theesoorten vast te stellen en hebben daarbij steeds verfijndere genetische instrumenten toegepast. Er zijn nu ongeveer 1.500 cultivars, die conventioneel op bepaalde manieren zijn gegroepeerd. Het duidelijkste onderscheid is dat tussen Chinese thee (C. sinensis var. sinensis) en Assam-thee (C. sinensis var. assamica), die genoemd is naar de Assam-regio in India waar de thee voor het eerst werd verbouwd. Chinese thee heeft kleinere blaadjes dan Assam-thee en is beter bestand tegen koudere klimaten. Assam-thee vertegenwoordigt slechts een klein deel van de in China verbouwde thee, maar wordt op grote schaal verbouwd in India en andere warme landen. De relatie tussen deze twee variëteiten is echter lang onzeker geweest, en het is ook onduidelijk geweest hoe andere belangrijke subvariëteiten, waaronder Khmer-thee, aan hen verwant zijn.

Werk onder leiding van Lian-Ming Gao, een evolutionair geneticus van planten aan het Kunming Institute of Botany van de Chinese Academie van Wetenschappen, suggereert dat er drie verschillende genetische lijnen van theeplanten zijn. Gao’s team is van mening dat deze bevinding erop wijst dat thee in drie afzonderlijke gevallen werd gedomesticeerd. De eerste soort is Chinese thee, die volgens de auteurs waarschijnlijk uit Zuid-China komt. Maar zij vinden twee verschillende soorten Assam-thee: een Chinese thee uit de zuidwestelijke provincie Yunnan, en een Indiase uit de Assam-regio. Hun analyses tonen ook aan dat Khmer-thee geen aparte lijn op zichzelf is, maar eerder een hybride van de assamica- en sinensis-cultivars.

De eerste bevindingen waren gebaseerd op genomische fragmenten van 300 theemonsters uit China en 92 uit India. Twee andere studies van Gao’s team, waarbij gebruik werd gemaakt van chloroplast-DNA en meer gesofisticeerde sequencingtechnieken, hebben deze groeperingen vervolgens ondersteund. Er wordt al lang gesuggereerd dat Chinese en Assam-thee een verschillende oorsprong zouden hebben, maar het idee dat Assam-thee bestaat uit twee verschillende lijnen die afzonderlijk werden gedomesticeerd, is controversiëler.

Gao’s team gebruikte zijn genetische gegevens vervolgens om te schatten wanneer de drie lijnen uit elkaar gingen. Door de genetische verschillen tussen de stammen te nemen en vervolgens de snelheid te schatten waarmee genetische veranderingen zich in dergelijke planten opstapelen, kunnen onderzoekers berekenen wanneer de stammen waarschijnlijk voor het laatst een gemeenschappelijke voorouder hebben gedeeld. Dergelijke berekeningen suggereren dat de sinensis- en assamica-variëteiten 22.000 jaar geleden uit elkaar zijn gegaan – lang voordat er een datum voor de domesticatie van thee is geopperd, en consistent met twee wilde populaties die onafhankelijk van elkaar zijn gedomesticeerd.

De datum voor de splitsing van de Chinese en Indiase assamica-variëteiten is veel recenter, namelijk 2770 jaar geleden – nadat thee voor het eerst werd gedomesticeerd. Het staat daarom ter discussie of deze lijnen onafhankelijk van elkaar werden gedomesticeerd. Het is mogelijk dat de assamica-variëteit slechts één keer werd gedomesticeerd en door mensen van de ene regio naar de andere werd getransporteerd, waardoor ze op de twee locaties afzonderlijk kon evolueren. “Er zijn drie verschillende genenpools aangetoond,” zegt Wendel, “maar dat staat ver af van drie verschillende domesticaties.”

Xiao-Chun Wan, een biochemicus aan het State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization aan de Anhui Agricultural University in China, is ook sceptisch over deze conclusie. In 2016 publiceerde Wan’s groep een studie2 van de evolutionaire relaties van thee, ook met behulp van genomische fragmenten, die een duidelijke scheiding aantoonde tussen gedomesticeerde C. sinensis en wilde theesoorten, en aantoonde dat de sinensis-variëteit een genetische cluster vormt apart van de assamica-variëteit, hoewel hij de Indiase en Chinese vormen van assamica niet vergeleek.

In dezelfde studie probeerde Wan’s groep ook genetische voetafdrukken te identificeren die het selectieproces zouden onthullen dat gedomesticeerde thee heeft ondergaan. Zij vonden voorlopig bewijs van selectie voor verschillende enzymen die betrokken zijn bij de generatie van secundaire metabolieten, waaronder cafeïne. Hun werk toont het soort analyse dat nog krachtiger zou moeten worden nu een volledig genoom beschikbaar is, zegt Wendel.

Het C. sinensis var. assamica-genoom3 werd in 2017 gepubliceerd, en de groep van Wan publiceerde in 2018 een conceptsequentie4 van het C. sinensis var sinensis-genoom. Deze gegevens gaven inzicht in de evolutie van de biosynthese van cafeïne in thee. Wan zegt dat het genoom, waar zijn groep een decennium over deed om het samen te stellen, “een solide basis biedt voor het onderzoek naar domesticatie in theeplanten”, waardoor het mogelijk wordt om gedetailleerder onderzoek te doen naar de verschillen tussen de stammen. Om te beginnen blijkt uit de vergelijking van de volledige genomen dat de assamica- en sinensis-variëteiten veel eerder van elkaar zijn gescheiden dan Gao’s team suggereerde, met als eerste schatting 380.000-1.500.000 jaar geleden4.

De suggestie dat de sinensis- en assamica-variëteiten onafhankelijk van elkaar zijn gedomesticeerd, vestigt de aandacht op gebeurtenissen in de negentiende eeuw, toen Groot-Brittannië voor het eerst probeerde thee te verbouwen in India. Een cruciale vooruitgang kwam er toen Robert Fortune, een botanicus uit Schotland, in de jaren 1840 theeplanten uit China stal om er plantages in India mee te beginnen – en daarvoor Chinese theeboeren meenam. Fortune’s roofoverval strookt met het idee dat C. sinensis slechts één keer werd gedomesticeerd – in China.

Op het moment van de diefstal teelde Groot-Brittannië al wat thee in India – maar het was de assamica-variëteit. In 1823 reisde Robert Bruce, eveneens uit Schotland, langs de Assam Vallei. Daar vernam hij van een wilde theesoort die door het inheemse Singpho-volk werd geoogst en geconsumeerd – nu eens als groente, dan weer als gefermenteerde drank. Omdat de plant grotere bladeren had dan de Chinese thee waarmee hij vertrouwd was, was Bruce er niet zeker van of het wel echte thee was. Na zijn dood begon zijn broer, Charles Bruce, Assam thee te verbouwen in India – meer dan tien jaar voor Fortune’s exploten.

Het Singpho-volk zou dus verantwoordelijk kunnen zijn geweest voor een tweede, onafhankelijke domesticatie van thee, hoewel het mogelijk blijft dat migrerende stammen zoals het Shan-volk in Zuidoost-Azië deze thee van elders naar Assam hebben gebracht. Het is ook mogelijk dat Assam-thee onafhankelijk in China werd gedomesticeerd. Maar Yunnan, de belangrijkste provincie in China waar deze thee wordt verbouwd, ligt op minder dan 1.000 kilometer van Assam. Agrarische uitwisseling lijkt dus mogelijk.

Genetische analyses zullen de verwantschappen tussen de Assamica cultivars ophelderen. Dergelijke methoden kunnen echter het best worden toegepast in combinatie met historisch en archeologisch bewijsmateriaal.

Nieuwe brouwsels

Het andere probleem bij het definiëren van domesticatie is dat theesoorten nog steeds worden verfijnd. Eric Scott, een promovendus aan de Tufts University die met Orians werkt aan afweermechanismen van planten, bracht juni en juli 2017 door bij Shanfu Tea Company in Shaxian, China, om te bestuderen hoe theetelers verschillende variëteiten gebruiken om de beste versie van een nieuw populaire theesoort te maken.

De theegroene bladhapper (Empoasca onukii) is een insect dat theeplanten eet, en de conventionele reactie op een aanval was om de aangetaste bladeren weg te gooien. Maar in de jaren 1930 ontdekten boeren in Taiwan dat de overlevende bladeren een uitstekende thee opleverden. Wanneer theeplanten worden aangevallen door bladhaantjes, produceren ze een chemisch alarmsignaal dat springspinnen aantrekt, een natuurlijke vijand van de bladhaantjes. “Die alarmsignalen zijn toevallig ook heerlijk,” zegt Scott. “Ze hebben een heel lekker honingachtig, fruitig aroma dat in de verwerkte thee terechtkomt en de kwaliteit echt verhoogt.” Deze Eastern Beauty-thee is momenteel in de mode, dus boeren onderzoeken welke variëteiten het gunstigst transformeren door hun verdedigingsmechanisme tegen dit insect.

Scott benadrukt dat dit slechts één voorbeeld is van boeren die nieuwe variëteiten onderzoeken om betere thee te maken, samen met theaninerijke, catechine-arme albinomutanten en paarsbladige variëteiten. Zhang is het daarmee eens en zegt dat de theeproductie in India is gericht op “grote plantages, geïndustrialiseerde verwerking en meer centrale kwaliteitscontrole”, terwijl in Oost-Azië thee vooral wordt verbouwd op kleine boerderijen en met meer diversificatie. “Thee is voortdurend in beweging”, zegt hij.

Omdat de selectieve kracht van mensen nooit stil blijft staan, zal de genetica altijd blijven veranderen, zegt Orians. “Domesticatie houdt nooit op.”