Новые инструменты секвенирования позволили детально изучить эволюцию дрожжей

Используя секвенирование нового поколения, автор-корреспондент Джанни Лити и его коллеги представили детальную характеристику генетической вариативности внутри вида пекарских дрожжей.

Пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae связаны с человеческой деятельностью тысячи лет, являясь основным биологическим агентом в хлебопечении, пивоварении, виноделии и других процессах ферментации. Это также один из важнейших модельных организмов в молекулярной биологии и генетике. Долгое время история и эволюция этих дрожжей оставались загадкой, но последние достижения в технологиях секвенирования генома теперь позволяют изучать их в деталях.

Учёные отсеквенировали геномы 42 штаммов S. cerevisiae и его ближайшего родственника S. paradoxus — полностью дикого вида, не контактировавшего с человеком. Ключевой вывод исследования: хотя штаммы S. paradoxus разделены большими генетическими расстояниями по однонуклеотидным полиморфизмам (SNP), геномы штаммов S. cerevisiae содержат больше вариаций в плане наличия/отсутствия генов и их копийности. Ранее уже наблюдалось, что вариативность признаков у S. cerevisiae также значительно больше, чем у дикого родственника. Новые результаты позволяют выдвинуть интригующую гипотезу: именно эта вариация в содержании генома, а не однонуклеотидные различия, лежит в основе большого фенотипического разнообразия S. cerevisiae.

Авторы обнаружили, что субтеломерные области геномов, расположенные непосредственно перед теломерами на концах хромосом, сильно обогащены геномными вариациями, которые, вероятно, вносят вклад в различия признаков между штаммами. Это включает мутации потери функции, которые, вероятно, нарушают работу целых генов. В качестве примера функциональной вариации описано, как различия в копийности субтеломерного кластера генов контролируют способность штаммов расти в условиях стресса от мышьяка. Показано, что эта вариация является продуктом конвергентной эволюции в дрожжевых линиях из разных частей мира.

«Эти последовательности геномов позволили нам выявить удивительные различия между эволюционной историей обычных пекарских дрожжей и их дикого родственника. Наши результаты позволяют предположить, что очень большое разнообразие признаков, наблюдаемое между штаммами пекарских дрожжей, может быть в основном обусловлено наличием или отсутствием целых генов, а не различиями в отдельных "буквах" ДНК».

Исследование даёт интригующие представления о недавней истории этого важного организма и взаимосвязи между вариацией генома и вариацией признаков. Будущие исследования позволят лучше понять роль человека в формировании эволюции пекарских дрожжей, например, в какой степени геномная вариация является следствием попадания дрожжевых штаммов в новые среды обитания и ниши, открытые человеческой деятельностью.

Исследование опубликовано в текущем выпуске журнала Molecular Biology and Evolution.