研究揭示人类对真菌进化有重要影响

 

　　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

　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。”

　　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）

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