Эволюция пивных дрожжей: от диких предков до современных сортов пива
Современные промышленные штаммы дрожжей используются для производства пива, вина, хлеба, биотоплива и многого другого, но их эволюционная история изучена недостаточно. В статье, опубликованной 8 сентября в журнале Cell, исследователи описывают генеалогическое древо этих микроорганизмов с акцентом на пивные дрожжи. Полученные генетические взаимосвязи проливают свет на время одомашнивания дрожжей, идентификацию первых пивоваров и то, как люди повлияли на развитие этого организма.
Генетическое исследование и классификация
Команда под руководством Кевина Верстрепена (Университет Лёвена и VIB, Бельгия) и Стивена Мэра (VIB и Гентский университет) секвенировала геномы 157 различных штаммов дрожжей, используемых для производства пива, вина, дистиллятов, саке, хлеба и биоэтанола, а также некоторых лабораторных штаммов. Исследователи также экспериментально изучили такие признаки, как устойчивость к стрессу.
Анализ показал, что современные промышленные дрожжи произошли всего от нескольких предковых штаммов. Выделились пять крупных генетических групп, в основном сгруппированных по их промышленному назначению. Географические границы дополнительно разделили каждую категорию. Например, в группе пивных дрожжей штаммы из Бельгии и Германии были тесно связаны, но отделены от штаммов из Великобритании и США.
Связь с сортами пива и одомашнивание
Пивовары используют одни и те же дрожжи для производства разных типов пива, поэтому такие напитки, как эль или стаут, обычно не имели отдельных связанных с ними штаммов. Однако несколько уникальных штаммов были связаны с пивом, обладающим особыми характеристиками, например, с дымчато-гвоздичным вкусом немецкого пива Hefeweizen.
Используя геномные данные, исследователи проследили общего предка промышленных пивных и диких дрожжей до 1500-х годов — до формального открытия микроорганизмов. Повторное использование микробов для приготовления пива полностью отделило их от природы, и дрожжи эволюционировали уже на пивоварне.
Генетические следы одомашнивания
Исследователи обнаружили ряд генетических паттернов, связанных с процессом одомашнивания. Дикие дрожжи могут размножаться половым путём в периоды голода или стресса, но современные пивные дрожжи утратили эту способность — у них остались функциональными только гены бесполого размножения, вероятно, из-за более комфортных условий жизни.
В геномах пивных дрожжей, сформировавшихся за четыре века одомашнивания, остались следы, связанные с признаками, полезными в пивоваренной среде. В различных линиях пивных дрожжей определённые гены были амплифицированы, удалены или изменены для оптимизации роста в ферментерах и вкуса пива.
В частности, исследователи обнаружили амплификацию генов, участвующих в метаболизме типичных пивных сахаров, и селекцию против производства 4VG — нежелательного вкусового соединения, вырабатываемого большинством природных дрожжей. Винные дрожжи также продемонстрировали генетическую устойчивость к меди, которая используется для борьбы с грибковыми инфекциями в виноградниках и может попадать в виноградный сок.
Исследовательская группа Верстрепена продолжает работу по выведению новых штаммов дрожжей с характеристиками, полезными для промышленности.