Эволюция пива
Хорошее пиво зависит не только от лучших ингредиентов, но и от лучших дрожжей.
Мир пива делится на эли (верховое брожение) и лагеры (низовое брожение). Изначальные и универсальные дрожжи Saccharomyces cerevisiae тысячелетиями использовались для производства эля, вина и хлеба. Вторым великим прорывом стало появление лагерного пива в XV веке, когда баварцы заметили, что пиво, хранившееся в пещерах зимой, продолжало бродить (от нем. lagern — хранить). Результатом стало более светлое и мягкое пиво, которое после распространения среди соседей-богемцев стало доминировать в пивных вкусах XIX и XX веков, особенно в Америке.
Дрожжи для лагеров — это гибридные штаммы, состоящие из двух разных видов дрожжей: S. cerevisiae и S. eubayanus (открыт в 2011 году). Лагеры теперь составляют ошеломляющие 94% мирового рынка пива. Однако происхождение разных гибридных линий оставалось предметом споров.
В новом исследовании в журнале Molecular Biology and Evolution аспирантка Эмили Клэр Бейкер, автор-корреспондент Крис Тодд Хиттингер и др. попытались решить эту загадку.
Используя недавно описанный дикий вид дрожжей из Патагонии Saccharomyces eubayanus, исследовательская группа смогла собрать и получить высококачественный геном S. eubayanus с помощью секвенирования нового поколения.
Они сравнили его с одомашненными гибридами, используемыми для производства лагеров, что впервые позволило изучить полные геномы обоих родительских видов дрожжей, участвующих в создании лагерного пива.
Исследование показывает два независимых события происхождения гибридов S. cerevisiae и S. eubayanus, используемых для производства лагеров.
Результаты показывают, что одомашнивание для пивоварения неоднократно ставило дрожжи на схожие эволюционные траектории. В частности, линии Saaz и Frohberg (названные по месту происхождения) были созданы по крайней мере двумя различными событиями гибридизации между почти идентичными штаммами S. eubayanus и относительно более разнообразными штаммами S. cerevisiae для эля.
«Дрожжи для лагеров возникли не один раз. Этот маловероятный союз двух видов, генетически столь же разных друг от друга, как люди и птицы, произошел по крайней мере дважды. Хотя эти гибриды изначально были разными, они также менялись предсказуемым образом в процессе одомашнивания», — сказал автор-корреспондент Крис Тодд Хиттингер из Университета Висконсин-Мэдисон.
Анализ митохондриальных геномов (силовых станций клетки) показал, что S. eubayanus послужил основным донором мтДНК для дрожжей лагеров линии Frohberg. Также было обнаружено, что дрожжи как Saaz, так и Frohberg содержат геномы S. cerevisiae (на 99,57% идентичны штамму S288c) и S. eubayanus (на 99,55% идентичны FM1318). Митогеном S. eubayanus оказался на 6,6 т.п.н. меньше, чем у дрожжей Frohberg, и на 21,8 т.п.н. меньше, чем у S. cerevisiae.
Кроме того, после адаптации к пивоварению геномы S. eubayanus испытали повышенные темпы эволюции, в том числе в некоторых генах, участвующих в метаболизме.
Некоторые метаболические гены, особенно те, что участвуют в брожении и метаболизме сахаров, могли быть сформированы одомашниванием в пивоварении. В частности, авторы предполагают, что многие эволюционные изменения могли снизить функцию белка Adr1, который активирует алкогольдегидрогеназу, потребляющую алкоголь, а не производящую его.
Результаты прояснили происхождение основных линий гибридных дрожжей, используемых для производства лагеров, и создают дорожную карту для будущих исследований одомашнивания лагерных дрожжей.