遗传学家追踪了啤酒最重要的成分：酵母的历史。通过对近 200 种现代啤酒酵母菌株的基因组进行测序，这项研究揭示了数百年来，人类如何将野生真菌酿酒酵母转变成各种针对特定饮品的菌株。
酵母通过将糖发酵成酒精和二氧化碳，赋予啤酒酒精和气泡，但它也会产生数百种化学物质，为饮料赋予香蕉和丁香等风味。酿酒酵母在这些代谢物的产生以及其他特性（如对酒精的耐受性）方面存在差异。
为了解这些差异的基础，鲁汶大学遗传学家 Kevin Verstrepen 和比利时弗兰德斯生物技术研究所领导的一个团队对 157 种用于酿造艾尔啤酒和其他发酵产品（包括葡萄酒、清酒和面包）的酿酒酵母菌株的基因组进行了测序。他们的工作在 9 月 8 日的细胞杂志上详细介绍。
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酵母菌株的进化树揭示了用于酿造葡萄酒、面包和清酒的不同酵母家族，以及两个远缘相关的艾尔啤酒酵母群，包括来自比利时、德国、英国和美国的菌株。
威斯康星大学麦迪逊分校的进化遗传学家 Chris Hittinger 说：“这是一部艾尔啤酒酵母的基因组百科全书，将在未来几年为研究人员服务。”与此同时，Verstrepen 的团队正在利用基因组学来大量生产新型啤酒酵母菌株。
古老的酒精饮料
啤酒是人类文明最古老的酒精饮料之一。一块有 5000 年历史的苏美尔泥板描绘了一个古代酒桶派对，而来自伊朗西部和中国北部的类似年代的罐子中含有啤酒成分的残留物，包括大麦和发酵副产品。鉴于这段历史，Verstrepen 预计现代酿酒酵母的祖先可以追溯到数千年前。
相反，他的团队估计，人类在 16 世纪末和 17 世纪初开始驯化啤酒酵母。他说，这与欧洲啤酒酿造从家庭转移到酒吧和修道院的时期相吻合。他怀疑早期的专业酿酒师在欧洲甚至到新大陆旅行时都随身携带酵母：例如，美国啤酒菌株与英国菌株密切相关。
酿酒师直到 19 世纪后期才分离出第一批酵母菌株，但 Verstrepen 认为，他们可能是通过在上一批啤酒的沉淀物上酿造每一批新啤酒，无意中塑造了酵母的基因组。通过这种做法，酿酒师可能慢慢地选择了性能良好并产生理想风味的酵母菌株。
里斯本新大学的进化遗传学家 José Paulo Sampaio 领导的一个独立团队在对 28 种啤酒酵母菌株进行测序后，得出了与 Verstrepen 团队关于人类如何塑造啤酒酵母的许多相同结论。该研究将于下个月在Current Biology上发表。
Hittinger 说，他不确定啤酒酵母是在 17 世纪驯化的这一发现。这些日期是基于酵母的 DNA 突变率，该突变率比其他研究估计的快 50 倍；较慢的突变率意味着啤酒驯化发生的时间比该研究表明的要早得多。但 Verstrepen 坚持这一计算——他指出，酵母在酒精中生活时会快速变异。
基因改造啤酒
尽管所有工业酵母都带有受人类影响的迹象，但啤酒酵母基因组的变化最为剧烈。啤酒酿造菌株携带参与消耗麦芽糖和麦芽三糖（啤酒中的主要糖类）的基因的变异和重复。
大多数啤酒酵母都具有限制 4-乙烯基愈创木酚 (4-VG) 产生的变异，4-VG 会赋予丁香和烟熏风味，而许多啤酒饮用者讨厌这种风味。一个例外是德国小麦啤酒 Hefeweizens 中使用的酵母，这种啤酒通常闻起来有丁香味。这些菌株的基因组包含 DNA 片段——包括产生 4-VG 的基因——这些片段似乎起源于葡萄酒酵母。Verstrepen 认为，这些菌株是在艾尔啤酒菌株与酿酒酵母杂交时出现的，从而恢复了产生丁香气味化学物质的能力。
新提供的基因组也可能彻底改变啤酒酿造业。Verstrepen 的实验室正在培育不同的酵母菌株，并选择具有所需基因变异组合的杂交种。对于细胞杂志的论文，他们制作了一种具有高酒精耐受性且不产生 4-VG 的杂交菌株。
他的实验室已经使用基因改造酵母酿造了一种香蕉味化学物质含量非常高的啤酒，但他只向啤酒厂分发通过传统育种创造的酵母。加利福尼亚州圣地亚哥的家庭酿酒师 Loren Miraglia 在细胞杂志的论文中提供了一些测序菌株，他曾考虑使用他在基因组研究所工作中使用的基因编辑工具来改造啤酒酵母。然而，他怀疑消费者是否准备好接受 CRISPR 啤酒。
Hittinger 设想啤酒瓶上带有关于 4-VG 生产等特性的信息，这些特性由称为PAD1和FDC1的基因的变异决定。“它是我不喜欢某些啤酒的主要风味之一，”他说。“在点啤酒之前，我会检查啤酒的PAD1和FDC1状态。”
本文经许可转载，并于2016 年 9 月 8 日首次发表。