馴化酵母 製作麵包

2020-12-14 科學網

作者：馮麗妃

手工麵包酵母與水果和其他天然來源的菌株有遺傳聯繫。圖片來源：Getty

酵母通常不被認為是一種馴化的生物。說到馴化的動物，人們首先想到的可能是狗、貓和牛，但人類在真菌的進化過程中扮演了重要的角色。12月9日發表在《當代生物學》上的一項研究報告稱，人類已經使大多數麵包酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）分化為兩種不同的菌群：一種用於大規模的工業麵包製作，另一種用於手工製作酵母麵包。工業菌株開始發酵更快，但手工製作酵母有更多負責麥芽糖代謝的基因拷貝，這一過程通常發生在發酵過程的後期，有助於使麵團發酵。

「這是一篇很好的論文。」太平洋西北研究所研究酵母的高級研究員、並未參加這樣研究的Aimee Dudley說，「這是有道理的，因為我們知道歷史上人們是如何烘焙麵包的。」

該研究合作者、法國國家農業研究所進化遺傳學家的Delphine Sicar解釋說，麵包已經存在了幾千年，隨著工業時代大規模生產酵母發酵劑的戲劇性轉變，她的團隊想了解這些變化是如何影響酵母的進化的。酵母馴化已經在其他食品和飲料（例如奶酪、葡萄酒和啤酒）中進行了研究，但尚未在麵包中進行。因為這些酵母菌株中有許多是四倍體，即含有四組同源染色體的細胞，這使得研究它們的種群遺傳學比研究二倍體或單倍體更為複雜。

歷史學家和科學家長期以來一直認為，啤酒廠和麵包師在歷史上交換過他們的酵母，而這次的研究結果為這一觀點增添了一些分量。

Sicard的團隊從法國、比利時和義大利獲得了198種酵母菌株，從發酵劑試劑盒或國際酵母標本中獲得了31種商業菌株。他們使用流式細胞儀分析了每個菌株的染色體組數量，並使用微衛星標記分析研究了二倍體和四倍體的遺傳多樣性。隨後，Sicard和同事分析了17種烘焙酵母菌株和2018年《自然》雜誌研究中描述的1011種其他釀酒酵母菌株的新測序基因組，創建了一個系統進化樹，並繪製了拷貝數的變化圖。

他們發現，酵母菌株通常含有更多的基因拷貝數，這些基因編碼蛋白質運輸和調節麥芽糖酶和異麥芽糖酶，以及分解麥芽糖和異麥芽糖的酶本身。拷貝數的異常可能對細胞有害，但作者解釋說，它們也能使細胞在嚴格的選擇時期迅速適應，比如在用於製作酵母麵包的有毒的高麥芽糖和異麥芽糖環境中增殖。

研究人員發現，在一個僅以麥芽糖為碳源的合成酵母環境中，這些基因副本更多的酵母在發酵結束時比副本更少的酵母更豐富。Sicard解釋說，無論手工麵包師是故意將他們認為最有效的酵母發酵劑傳下去，還是使酵母進化以適應環境，最終結果是手工酵母非常適合製作特別的酵母麵包。「這是馴化基因的一個好例子。」Sicard說。

同時，工業麵包師似乎選擇了能更快開始發酵的酵母——研究中，酵母接種後產生1 克二氧化碳的時間平均比酵母早半小時。它會優先分解葡萄糖，而不是分解更複雜的糖，如麥芽糖和異麥芽糖，它們需要更多的時間來分解。工業菌株和手工酵母菌株開始發酵的速度都比分析的其他酵母（包括啤酒和葡萄酒菌株）快。

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https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.11.016

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