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进化|制作面包 驯化酵母 研究揭示人类对真菌进化有重要影响

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研究揭示人类对真菌进化有重要影响

进化|制作面包 驯化酵母 研究揭示人类对真菌进化有重要影响
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手工面包酵母与水果和其他天然来源的菌株有遗传联系 。 图片来源：Getty
本报讯酵母通常不被认为是一种能驯化的生物 。 说到驯化的动物 ， 人们首先想到的可能是狗、猫和牛 ， 但人类在真菌的进化过程中扮演了重要的角色 。 12月9日发表在《当代生物学》上的一项研究报告称 ， 人类已经使大多数面包酵母菌分化为两种不同的菌群：一种用于大规模的工业面包制作 ， 另一种用于手工制作酵母面包 。 工业菌株开始发酵更快 ， 但手工制作酵母有更多负责麦芽糖代谢的基因拷贝 ， 这一过程通常发生在发酵过程的后期 ， 有助于使面团发酵 。
“这是一篇很好的论文 。 ”美国太平洋西北研究所研究酵母的高级研究员、并未参加这项研究的Aimee Dudley说 ， “这是有道理的 ， 因为我们知道历史上人们是如何烘焙面包的 。 ”
【进化|制作面包 驯化酵母 研究揭示人类对真菌进化有重要影响】该研究合作者、法国国家农业研究所进化遗传学家Delphine Sicard解释说 ， 面包已经存在了几千年 ， 随着工业时代大规模生产酵母发酵剂的戏剧性转变 ， 她的团队想了解这些变化是如何影响酵母进化的 。 酵母驯化已经在其他食品和饮料（例如奶酪、葡萄酒和啤酒）中得到了研究 ， 但尚未在面包中进行 。 因为这些酵母菌株中有许多是四倍体 ， 即含有四组同源染色体的细胞 ， 这使得研究它们的种群遗传学比二倍体或单倍体更为复杂 。
历史学家和科学家一直认为 ， 啤酒厂和面包师在历史上交换过他们的酵母 ， 而这次的研究结果为这一观点增添了分量 。
Sicard的团队从法国、比利时和意大利获得了198种酵母菌株 ， 从发酵剂试剂盒或国际酵母标本中获得了31种工业菌株 。 他们使用流式细胞仪分析了每个菌株的染色体组数量 ， 并使用微卫星标记分析了二倍体和四倍体的遗传多样性 。 随后 ， Sicard和同事分析了17种烘焙酵母菌株和《自然》杂志2018年发表的研究中描述的1011种其他酿酒酵母菌株的新测序基因组 ， 最终创建了一个系统进化树 ， 并绘制了拷贝数的变化图 。
他们发现 ， 酵母菌株通常含有更多基因拷贝数 ， 这些基因编码蛋白质运输和调节麦芽糖酶和异麦芽糖酶 ， 以及分解麦芽糖和异麦芽糖的酶本身 。 拷贝数的异常可能对细胞有害 ， 但作者解释说 ， 它们也能使细胞在严格的选择时期迅速适应 ， 比如在用于制作酵母面包的有毒高麦芽糖和异麦芽糖环境中增殖 。
研究人员发现 ， 在一个仅以麦芽糖为碳源的合成酵母环境中 ， 这些基因副本更多的酵母在发酵结束时比副本更少的酵母更丰富 。 Sicard解释说 ， 无论手工面包师故意将他们认为最有效的酵母发酵剂传下去 ， 还是使酵母进化以适应环境 ， 最终结果是手工酵母非常适合制作特别的酵母面包 。 “这是驯化基因的一个好例子 。 ”Sicard说 。
同时 ， 工业面包师似乎选择了能更快开始发酵的酵母——研究中 ， 酵母接种后产生1 克二氧化碳的时间比平均速度早半小时 。 它会优先分解葡萄糖 ， 而不是分解更复杂的糖 ， 如麦芽糖和异麦芽糖 ， 后者需要更多的时间来分解 。 工业菌株和手工酵母菌株开始发酵的速度都比其他酵母（包括啤酒和葡萄酒菌株）快 。 （冯丽妃）
[责任编辑: 张梦凡 ]

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