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举杯望明月的今天,来说说Cell上关于啤酒酵母来历的新文章

2016/09/15 来源:生物探索
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导读
举杯望明月的今天,我们来说说Cell上关于啤酒酵母来历的新文章。研究人员在此文中描述了工业酵母的遗传谱系,重点放在啤酒酵母上。由此产生的遗传关系揭示了什么时候酵母首次被驯化,谁是最早的啤酒制造者,以及人类是如何塑造了这个有机体的发展。


今天的工业酵母菌株被用来制造啤酒、葡萄酒、面包、生物燃料等,但它们的进化历史还没有得到很好的研究。在9月8日出版的Cell上的一篇文章中,研究人员描述了这些微生物的遗传谱系,重点放在啤酒酵母上。由此产生的遗传关系揭示了什么时候酵母首次被驯化,谁是最早的啤酒制造者,以及人类是如何塑造了这个有机体的发展。

文章的通讯作者,比利时鲁汶和VIB大学酵母遗传学家Kevin Verstrepen解释说:“我们喝的啤酒的风味主要取决于酵母。我们现在能喝到最好的啤酒,是因为古代的酿造者足够聪明,远在知道他们自己在做什么之前,开始培养酵母。这真的是一门艺术。”

与生物信息学家Steven Maere的团队以及加州的啤酒专家合作,Verstrepen和他的同事们对157个用于生产啤酒、葡萄酒、烈酒、清酒、面包,和生物乙醇燃料以及一些用于实验室研究的不同酵母菌株的基因组进行了测序,来探讨这个物种的进化历史。研究人员还通过实验测试了诸如压力耐受性这样的特征,来研究基因组与酵母行为之间的相互作用。

酵母的遗传谱系和啤酒酵母的分离

据分析,今天所使用的工业酵母来自仅有的少数祖先菌株。从基因上分离出的五个大群体:一组包括比如清酒的亚洲菌株酵母,一组主要包含红酒酵母,一个混合的组包含面包和其它酵母和另外两组分离的啤酒酵母家族。菌株根据它们的工业用途聚集在一起。


虽然大多数分支缺乏强有力的地理结构,但地理界限进一步划分出不少类别:在一个分组的啤酒酵母,例如比利时和德国的菌株是密切相关的,但与英国和美国的分离。美国的菌株最近才因殖民从英国的株系中分离出来。

酿酒商使用相同的酵母来制备不同类型的啤酒,所以它们的菌株通常不是分离的。然而,几个遗传距离较远的菌株和有着非常特殊性状的啤酒有关,如德国Hefeweizen啤酒特有烟熏的丁香一样的风味。

利用基因组技术,研究人员发现工业啤酒酵母和野生酵母的共同祖先是在16世纪。这是在微生物的发现之前。Verstrepen解释道:“为了让早期的啤酒有更好的发酵,酿酒者收集酵母的沉淀并用于下一批发酵,即使他们不知道什么漂浮在这中间。利用微生物酿造啤酒使啤酒酵母从自然界中完全分离出来。酵母在啤酒厂里不断进化发展。”

人工驯化在啤酒酵母中留下的印记

研究小组发现了一些与驯化过程有关的遗传模式。野生酵母可以在饥饿或压力的时候,进行有性繁殖。但今天的啤酒酵母已经失去了这种能力——它们只有无性生殖的功能基因,可能是由于它们的安逸的生活条件。

“四个世纪的驯化也在啤酒酵母基因组中留下标志——在酿造环境下有用的特点,”Maere说,“在各种啤酒酵母细胞里,为了在啤酒发酵罐优化生长和啤酒口味的调整,特异性基因被扩增、删除、或者改变。”

特别是,研究人员发现了涉及典型啤酒糖代谢基因扩增的证据,以及导致大多数天然酵母产生不良风味的4VG基因的反选择。Verstrepen说:“据我们所知抑制4VG基因的产物并没有选择上的优势。这也许是酿酒者的选择,认为它味道很要将其选择利用。”

红酒酵母也显示了对铜的基因抗性,这可以用来在葡萄园中对抗真菌。

Verstrepen的团队正在继续研究培育新的工业上有用的酵母菌株,很快就要从实验室进入酿酒厂进行进一步实验。他说:“这个研究对于试图制造更好的啤酒酵母来说是个快捷的跳板。”

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