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)