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        對啤酒酵母的最深入研究揭示了人類所利用的多樣性

        • 科學
        • 2019-10-22 09:05:57

        幾千年前,隨著人類將野生動植物馴服成牲畜和農作物,他們對陶醉的嗜好也導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起作用。科學家發現,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的。數百年前,這種混合動力車就進入了德國啤酒廠,并啟動了一個價值數千億美元的產業。

        現在,從最深入的角度來看這些酵母的多樣性,威斯康星大學麥迪遜分校的科學家揭示了啤酒,葡萄酒和蘋果酒瓶中令人眼花complexity亂的復雜性。通過對100多個雜交酵母的基因組進行測序,研究人員發現了7種不同的酵母種類組合,其中許多與獨特的發酵飲料相關。一些酵母是多達四種的雜種。

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

        新的基因組數據庫將使研究人員能夠進一步研究促成這些多樣飲品的許多微妙特征。通過在實驗室中生產新的雜種,科學家可以開發發酵飲料的新功能。

        威斯康星大學麥迪遜分校的遺傳學教授克里斯·托德·希廷格(Chris Todd Hittinger)和研究生奎因·蘭登(Quinn Langdon)共同領導了這項研究。Hittinger實驗室與西班牙,法國,葡萄牙和阿根廷的研究人員合作完成了這項工作,該工作于10月21日發表在《自然生態與進化》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的實驗室在2011年通過首先分離野生的e。Subayanus來推動該領域的發展,該S. eubayanus與國產酵母雜交,是生產大型啤酒必不可少的。

        在當前的研究中,Hittinger和Langdon分析了數十個以前發表的酵母基因組并測序了新菌株,他們從家庭釀造商店中采購了其中的一些,這些商店出售可以產生世界經典啤酒風格的品種。其他酵母是在野外分離的,或直接從包括酒和蘋果酒在內的發酵飲料中分離出來的。

        大多數雜種只有兩個親本,但有些則有三個甚至四個親本。當前的研究使已知的三重和四重雜交數量翻了一番。優先在冷發酵葡萄酒和比利時啤酒中發現一些雜種,而其他則來自香檳和蘋果酒。大多數是從大型啤酒中分離出來的。

        較大型發酵酵母與其他酵母之間的主要區別是產生刺激性香氣,這種香氣是由稱為苯酚的化學物質產生的。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,研究人員發現在許多非貯藏啤酒菌株中完整的負責任基因。啤酒缺乏這些香氣,使它們具有明顯的酥脆風味。

        研究了兩個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,它們缺乏這些關鍵酚的功能基因。但是研究小組發現,薩斯和弗洛伯格這兩個血統,以不同的方式失去了基因。盡管弗羅堡酵母保留了一個關鍵基因的破碎版本,但薩茲酵母卻完全失去了這兩個必需基因。

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

        研究人員發現,所有釀酒酵母的父母均來自三個主要的,以前馴化的釀造啤酒或葡萄酒的血統。當這些馴化的菌株與它們的野生表親相遇時,雜種就形成了,它們全部來自北半球。盡管馴化的酵母菌已經可以成功地進行發酵,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。

        最值得注意的是,絕大多數雜種從野生酵母親本而不是從馴養的釀酒酵母那里繼承了線粒體基因組(一小段DNA,驅動細胞內的能量產生)。Hittinger實驗室的最新研究表明,野生的線粒體基因組可以使酵母在低溫下發酵,就像那些喜歡釀造啤酒的酵母一樣。

        蘭登說:“這是一個正確的地方,恰當的時機,這些野生種群能夠與馴養的釀酒酵母相遇。”“然后,他們從每個父母的重要特征中挑選出自己的發酵環境。”

        一組雜種根本沒有釀酒酵母親本。這些酵母是密切相關的物種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,水果和環境中都發現了菌株。由于產生刺激性香氣,啤酒廠通常被認為是污染物,這些野生雜種也可能是產生某些飲料風格獨特風味的關鍵。

        總體而言,研究人員發現證據表明,幾千年來釀酒商,釀酒師和蘋果酒生產者的選擇已經利用了釀酒酵母屬的廣泛多樣性來開發世界上獨特的發酵飲料。

        希廷格說:“我們已經了解到更大的酵母如何散發出不良的香氣。”“現在,我們開始更多地考慮要在啤酒中呈現的風味的遺傳基礎。”

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