感謝真菌給您的奶酪,葡萄酒和啤酒
這些食物的獨特風味都依賴於微生物。 瑪古拉 照片/Shutterstock.com

對於那些口味更大膽的人來說,很難想像假日餐桌上沒有麵包、肉類、蔬菜、葡萄酒、啤酒或一盤法國奶酪。 與家人和朋友一起品嚐這些美味佳餚是假期如此有趣的一部分。

這些食物和飲料是由幾種不同的動物、植物和微生物馴化而來的。 植物和動物的馴化已得到充分研究,因為它被認為是 最重大的變化 在近代人類歷史上。

然而,科學家們對微生物的馴化知之甚少,因此,社會未能認識到它們對我們全年享用的食物和飲料的關鍵貢獻。

我是一名研究真菌的進化生物學家,一群微生物,其馴化為我們帶來了 許多美味的產品。 長期以來,我對兩個問題很著迷:導致它們馴化的基因變化是什麼? 我們的祖先到底是怎麼想出如何馴化它們的呢?


內在自我訂閱圖形


也好奇嗎? 最近的研究揭示了這些問題,所以拿一些卡門貝爾奶酪和啤酒,然後繼續閱讀。

感謝Fungi給您的奶酪,葡萄酒和啤酒
感謝包括真菌在內的多種微生物造就了這種國際奶酪。 Umomos/Shutterstock.com

啤酒中的混合動力

就馴化而言,很難超越啤酒酵母的磨練。 啤酒酵母是烘焙、釀造和釀酒行業的基石,具有將植物水果和穀物中的糖轉化為酒精的非凡能力。 啤酒酵母是如何進化出這種靈活性的?

通過發現新的酵母種類並對其基因組進行測序,科學家們知道釀造中使用的一些酵母是雜交的; 也就是說,它們是來自兩種不同酵母物種的個體的古代交配聯盟的後代。 雜交種往往與親本物種相似 - 想想鯨魚(鯨-海豚)或獅虎(獅-虎).

感謝Fungi給您的奶酪,葡萄酒和啤酒 強大的啤酒酵母細胞,是烘焙、釀造和釀酒行業的基石。 維基百科

例如,啤酒酵母是兩個密切相關的物種的雜交體: 啤酒酵母 釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)巴彥酵母. 釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 生產美味的啤酒,例如英國艾爾啤酒,但在溫暖的溫度下生長得更好。 相比之下, 巴彥酵母 在寒冷中生長得更好,但會產生污染啤酒風味的化合物。 混合啤酒酵母結合了兩者的優點——來自 釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 並在較冷的溫度下生長,這要歸功於 巴彥酵母。 這使得這些雜交品種非常適合在歐洲寒冷的冬天釀造啤酒,而啤酒就是在那裡發明的。

研究人員還發現 來自其他物種聯合的自然雜交種 酵母菌 種類。 目前尚不清楚的是,對於人類數千年來用來製造發酵飲料的酵母來說,雜交是常態還是例外。

為了解決這個問題,由 威斯康星大學研究生奎因·蘭登 和另一個團隊領導 比利時根特大學和魯汶大學博士後研究員 Brigida Gallone 檢查了數百種參與釀造和釀酒的酵母的基因組。 他們的底線? 混合動力統治。

例如, 四分之一的酵母是從工業環境中收集的,包括啤酒和葡萄酒製造商,都是混合體。

令人驚訝的是,一些雜交品種的起源可以追溯到 三個或四個不同的親本物種。 你可能會問,為什麼要進行這種雜交? 就像啤酒的混合動力一樣, 這些新發現的雜交品種在喜歡吃什麼和生長速度方面有所不同。 這些由雜交帶來的偏好不僅影響人們在釀造中使用它們的方式,而且影響最終釀造的風味特徵。

感謝Fungi給您的奶酪,葡萄酒和啤酒
這種啤酒風格和口味的多樣性得益於啤酒酵母及其對雜交的喜愛。 布倫特·霍法克/Shutterstock.com

奶酪中的突變體

將馴化真菌的基因組與其野生近緣種進行比較,有助於科學家了解產生一些喜愛的食物和飲料的基因變化。 但是我們的祖先實際上是如何馴化這些野生真菌的呢? 我們沒有人在那裡見證這一切是如何開始的。 為了解開這個謎團,科學家們正在對野生真菌進行實驗,看看它們是否可以進化成類似於我們今天用來製作食物的生物體。

塔夫茨大學微生物學家本傑明·沃爾夫和他的團隊 通過採取狂野解決了這個問題 青黴 黴菌並在他的實驗室中用一種含有奶酪的物質培養樣品一個月。 對於人類來說,這聽起來似乎很短,但對於真菌來說,卻是跨越許多代的時期。

這些野生真菌與奶酪行業用於製作卡芒貝爾奶酪的真菌菌株非常接近,但外觀卻截然不同。 例如,與白色無味的工業菌株相比,野生菌株是綠色的,聞起來有霉味。

感謝Fungi給您的奶酪,葡萄酒和啤酒 從藍紋奶酪中分離出的青黴菌菌落。 白色菌落是野生黴菌的馴化版本。 本傑明沃爾夫, CC BY-SA

對於沃爾夫來說,最大的問題是他是否可以通過實驗重現馴化過程,以及在多大程度上重現馴化過程。 在奶酪上生長一個月後,野生菌株的外觀和氣味如何? 值得注意的是,他和他的團隊發現,在實驗結束時,野生菌株看起來與已知的工業菌株比它們的野生祖先更相似。 例如, 它們的顏色是白色的,發霉的氣味也少得多.

真菌花費大量能量產生色素和刺激性化合物,使它們能夠競爭和保護自己。 以奶酪為食的舒適生活和免受掠食者的侵害意味著失去生產色素的能力實際上可能是有利的。 這是因為節省下來的能量可以用於真菌菌落的生長。

但野生品係是如何變成馴化品系的呢? 難道變異了? 通過對野生祖先和馴化後代的基因組進行測序,並測量在奶酪上生長時基因的活性,沃爾夫的團隊發現這些變化 不是通過生物體基因組的突變發生的。 相反,它們很可能是通過 改變特定基因活性的化學變化 但實際上並沒有改變遺傳密碼。 這樣的所謂 表觀遺傳修飾 發生的速度比突變快得多。 馴化之路似乎比之前想像的要快,這或許會鼓勵富有冒險精神的奶酪製造商開始嘗試馴化野生真菌以獲取新口味。

當你在這個假期品嚐你最喜歡的食物和飲料時,請想想這些微小的真菌,它們是如何進化出強大的力量的,如果沒有它們,我們的世界將會變得多麼平淡無奇。

關於作者

Antonis Rokas,Cornelius Vanderbilt生物科學主席,生物科學和生物醫學信息學教授, 范德堡大學(Vanderbilt University)

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

books_science