科學家在釀酒酵母生態和群體遺傳學研究方面取得新進展

　　在發酵工業中廣為應用的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，也是一種在生命科學研究中常用的模式生物。由于其較清晰的遺傳背景、相對較小的基因組、完善的基因組和功能基因組學研究積累、明確的有性生殖循環等優勢，除分子生物學領域外，正在成為比較與進化基因組學、生物地理學、群體遺傳學、生態學和物種形成與演化機制等研究領域的模式生物。然而，我們對這種也許是被研究得最為透徹的真核微生物在自然界中的生態分布和群體結構仍然所知甚少。以前的研究主要基于實驗室和人工環境菌株，真正的野生菌株很少涉及。因此，我們對S. cerevisiae的遺傳多樣性、馴化群體的起源與演化及人工選擇對其表型和基因組變異的影響等基本問題很難進行充分的闡釋。

　　近幾年來，中科院微生物研究所真菌學國家重點實驗室的白逢彥研究組對S. cerevisiae在自然界的生態分布進行了大規模調查，從分布在不同氣候帶、人工干擾程度不同的環境，包括人跡罕至的原始森林中，采集了數千份樣品，使用特殊的選擇性分離方法，成功分離出大量釀酒酵母菌株。進而對99株代表性菌株進行了群體遺傳學、分子核型和有性生殖隔離等方面的研究。結果表明，S. cerevisiae在自然界中廣泛分布，且存在明顯的種群分化;與預想結果相反，樹皮、森林土壤和腐木等樣品的S. cerevisiae分離率均比各種果實樣品的更高。野生S. cerevisiae存在清晰的群體結構，從測序的野生菌株中識別出了8個獨立的演化譜系(CHN I-VIII)。來自原始森林的譜系(CHN I-V)位于演化樹的底部，且已發生顯著的遺傳分化;而來自次生林、果園和果實的譜系(CHN VI-VIII)與工業應用(馴化)譜系一起，位于演化樹的上部，且群體分化程度較低。這一結果顯示了S. cerevisiae從原始森林，到次生林，人工環境，再到工業發酵過程的演化路徑。原始森林譜系一般為自交群體，具有不同的分子核型，并已產生一定程度的生殖隔離;而人工環境譜系存在更多的遺傳重組事件，人為因素促進了其群體間的雜交。與以前群體遺傳和群體基因組學研究中應用的，被認為已代表了S. cerevisiae全球遺傳多樣性的一批菌株相比，我國菌株的遺傳多樣性指數高出近1倍。這一結果顯示中國，或者東亞，可能是S. cerevisiae的起源中心。此外，該研究還在S. cerevisiae群體結構的塑造因素和葡萄酒及清酒馴化譜系的起源等方面，提出了新觀點。

　　上述研究已發表于Molecular Ecology (21: 5404C5417, 2012)，期刊并在同期為本篇論文配發了一篇評論(Perspective)。評論指出，這一研究大幅度地提高了我們對釀酒酵母菌多樣性的認識水平，并將大大提升我們對其生態、馴化和演化等方面的研究能力。