對(duì)啤酒酵母的最深入研究揭示了人類所利用的多樣性

幾千年前，隨著人類將野生動(dòng)植物馴服成牲畜和農(nóng)作物，他們對(duì)陶醉的嗜好也導(dǎo)致他們無意間馴化了一種隱藏的文明力量：酵母。

如今，釀酒酵母已成為全球飲食文化的基石。酵母使面粉變成面包，含糖飲料變成啤酒和葡萄酒。但是最近的研究表明，釀酒酵母并不總是單獨(dú)起作用?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，啤酒是最受歡迎的啤酒類型，是由釀酒酵母和其野外表親歐亞煙酒的混合物生產(chǎn)的。數(shù)百年前，這種混合動(dòng)力車就進(jìn)入了德國(guó)啤酒廠，并啟動(dòng)了一個(gè)價(jià)值數(shù)千億美元的產(chǎn)業(yè)。

現(xiàn)在，從最深入的角度來看這些酵母的多樣性，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家揭示了啤酒，葡萄酒和蘋果酒瓶中令人眼花complexity亂的復(fù)雜性。通過對(duì)100多個(gè)雜交酵母的基因組進(jìn)行測(cè)序，研究人員發(fā)現(xiàn)了7種不同的酵母種類組合，其中許多與獨(dú)特的發(fā)酵飲料相關(guān)。一些酵母是多達(dá)四種的雜種。

該研究小組還發(fā)現(xiàn)了一些發(fā)酵酵母最確定性狀的遺傳基礎(chǔ)。可以使脆脆，味覺淡淡的lager發(fā)酵，這些酵母可以在更大的發(fā)酵溫度下生存，并且丟失了產(chǎn)生時(shí)髦香氣的基因。其他類型啤酒的類似丁香的風(fēng)味恰好取決于分配較大菌株的那些基因。

新的基因組數(shù)據(jù)庫(kù)將使研究人員能夠進(jìn)一步研究促成這些多樣飲品的許多微妙特征。通過在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)新的雜種，科學(xué)家可以開發(fā)發(fā)酵飲料的新功能。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的遺傳學(xué)教授克里斯·托德·希廷格(Chris Todd Hittinger)和研究生奎因·蘭登(Quinn Langdon)共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。Hittinger實(shí)驗(yàn)室與西班牙，法國(guó)，葡萄牙和阿根廷的研究人員合作完成了這項(xiàng)工作，該工作于10月21日發(fā)表在《自然生態(tài)與進(jìn)化》上。

在過去的幾十年中，研究人員和啤酒釀造商越來越意識(shí)到許多啤酒釀造酵母的雜種特性，但很難確定其真正的多樣性范圍。Hittinger的實(shí)驗(yàn)室在2011年通過首先分離野生的e。Subayanus來推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展，該S. eubayanus與國(guó)產(chǎn)酵母雜交，是生產(chǎn)大型啤酒必不可少的。

在當(dāng)前的研究中，Hittinger和Langdon分析了數(shù)十個(gè)以前發(fā)表的酵母基因組并測(cè)序了新菌株，他們從家庭釀造商店中采購(gòu)了其中的一些，這些商店出售可以產(chǎn)生世界經(jīng)典啤酒風(fēng)格的品種。其他酵母是在野外分離的，或直接從包括酒和蘋果酒在內(nèi)的發(fā)酵飲料中分離出來的。

大多數(shù)雜種只有兩個(gè)親本，但有些則有三個(gè)甚至四個(gè)親本。當(dāng)前的研究使已知的三重和四重雜交數(shù)量翻了一番。優(yōu)先在冷發(fā)酵葡萄酒和比利時(shí)啤酒中發(fā)現(xiàn)一些雜種，而其他則來自香檳和蘋果酒。大多數(shù)是從大型啤酒中分離出來的。

較大型發(fā)酵酵母與其他酵母之間的主要區(qū)別是產(chǎn)生刺激性香氣，這種香氣是由稱為苯酚的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的。這些味道可能類似于香料或丁香，并且在某些啤酒中是理想的，研究人員發(fā)現(xiàn)在許多非貯藏啤酒菌株中完整的負(fù)責(zé)任基因。啤酒缺乏這些香氣，使它們具有明顯的酥脆風(fēng)味。

研究了兩個(gè)主要的較大啤酒譜系- 釀酒酵母和歐亞酵母的雜交體-研究人員證實(shí)，它們?nèi)狈@些關(guān)鍵酚的功能基因。但是研究小組發(fā)現(xiàn)，薩斯和弗洛伯格這兩個(gè)血統(tǒng)，以不同的方式失去了基因。盡管弗羅堡酵母保留了一個(gè)關(guān)鍵基因的破碎版本，但薩茲酵母卻完全失去了這兩個(gè)必需基因。

希廷格說：“酵母菌到達(dá)了相同的終點(diǎn)，使它們獲得了酥脆的口感，但是它們到達(dá)酵母菌的具體分子機(jī)制卻有所不同。這表明它是一個(gè)非常重要的馴化性狀，”希廷格說。

研究人員發(fā)現(xiàn)，所有釀酒酵母的父母均來自三個(gè)主要的，以前馴化的釀造啤酒或葡萄酒的血統(tǒng)。當(dāng)這些馴化的菌株與它們的野生表親相遇時(shí)，雜種就形成了，它們?nèi)縼碜员卑肭颉１M管馴化的酵母菌已經(jīng)可以成功地進(jìn)行發(fā)酵，例如能夠完全消化常見的糖分，但野生伴侶卻做出了自己的貢獻(xiàn)。

最值得注意的是，絕大多數(shù)雜種從野生酵母親本而不是從馴養(yǎng)的釀酒酵母那里繼承了線粒體基因組(一小段DNA，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的能量產(chǎn)生)。Hittinger實(shí)驗(yàn)室的最新研究表明，野生的線粒體基因組可以使酵母在低溫下發(fā)酵，就像那些喜歡釀造啤酒的酵母一樣。

蘭登說：“這是一個(gè)正確的地方，恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，這些野生種群能夠與馴養(yǎng)的釀酒酵母相遇。” “然后，他們從每個(gè)父母的重要特征中挑選出自己的發(fā)酵環(huán)境。”

一組雜種根本沒有釀酒酵母親本。這些酵母是密切相關(guān)的物種S. eubayanus和S. uvarum的組合。它們是從最多種來源中分離出來的-在葡萄酒，蘋果酒，啤酒，水果和環(huán)境中都發(fā)現(xiàn)了菌株。由于產(chǎn)生刺激性香氣，啤酒廠通常被認(rèn)為是污染物，這些野生雜種也可能是產(chǎn)生某些飲料風(fēng)格獨(dú)特風(fēng)味的關(guān)鍵。

總體而言，研究人員發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明，幾千年來釀酒商，釀酒師和蘋果酒生產(chǎn)者的選擇已經(jīng)利用了釀酒酵母屬的廣泛多樣性來開發(fā)世界上獨(dú)特的發(fā)酵飲料。

希廷格說：“我們已經(jīng)了解到更大的酵母如何散發(fā)出不良的香氣。” “現(xiàn)在，我們開始更多地考慮要在啤酒中呈現(xiàn)的風(fēng)味的遺傳基礎(chǔ)。”