釀酒酵母brewer’s yeast（學名Saccharomyces cerevisiae；取義自酒裡的糖菌），又稱出芽酵母、麵包酵母、啤酒酵母，為人類生活關係最密切的微生物之一。在現代分子生物學裡，也是研究並應用最多的模式物種之一。如果說釀酒酵母是透過動植物、尤其是人類而傳播並加以馴化，那它最原本的發源地在哪裡呢？它在自然界又是如何生活？蔡怡陞副研究員表示，我們目前對釀酒酵母的瞭解都是透過研究被馴化過的菌株而所得知。但是這些變化或了解並不一定真正反映到此物種自然運作的機制。2018年，有兩個團隊同時發現東亞可能為此物種的發源地，但其馴化前之演化歷史、生物地理關係跟生態角色還有待探索。若能在沒有人類干擾的發源地收集相關的生態資料，並掌握每一個族群代表的基因多樣性，便有機會研究這段馴化前的自然史，並瞭解此物種更多基因背後在自然界的功能機制及意義。

研究團隊從2016年開始取樣高達2000多項自然環境樣品，是目前針對野生酵母菌的調查中最詳細的報告，也是臺灣第一個發表的自然族群基因體學研究。由此分離出的100多支菌株發現，臺灣自然族群的基因多樣性接近中國各地族群的整體多樣性，然而我們採樣地點分佈最遠的距離卻只有中國族群的十分之一。其中包含了臺灣特有與東亞共有的譜系，以及許多無法歸類於單一譜系的融合(admixed)菌株。在東亞共有的譜系內，分化的時間點反映在更新世晚期臺灣海峽消失形成陸橋促進遷徙的事件。而這些自然族群的高多樣性不僅是表現在整個臺灣的尺度上。在同一棵樹上的不同部位，研究團隊也發現了果實與葉片上的菌株，以及他們互相形成的雜交株，產生的基因多樣性高於任何一個臺灣的自然譜系。這反映著臺灣在有限的土地範圍內已囊括了東亞地區的基因多樣性，與世界各地的自然族群相較，更突顯酵母菌在自然界中並非適應於單一棲地，而是廣佈於植物、真菌子實體、地衣與表層土壤等。然而在這些棲地中酵母菌並非優勢的物種，事實上在多種植物表面的真菌相中，釀酒酵母僅僅佔了0.012%的組成。即使在葡萄果實上，也只有開始進入釀造過程之後，釀酒酵母才會逐漸成為主要的菌種。這也顯示了酵母菌除了能夠主宰高糖的環境，更可能是一個廣適應性的物種。此研究結合深入且廣泛的採樣與基因體學的分析，為釀酒酵母的自然族群多樣性提供了更高的解析度。本研究也為微生物生態學和工業應用提供了一個有用的資源。研究論文已於今（2022）年 5月線上刊登於《基因體研究》（Genome Research）。

 

論文第一作者作者李佳燁博士表示，這是臺灣第一個對自然界中酵母菌的族群基因體學研究，深入採集野生的菌株能幫助我們了解酵母菌在自然環境中扮演的角色，與它們多變的生活史。未來，研究團隊將進一步探討這些野生的釀酒酵母族群在基因體結構與表現型上的特異性，以及在生態中所扮演的角色。蔡怡陞也強調，本次研究定序的一百多株菌株皆在臺灣採集，且沒有被人類馴化過，將成為國際間實驗並應用的重要生物資源，也會在近期開源並提供給全世界的研究團隊。

本研究由中研院前瞻計畫及科技部支持，通訊作者為本院多樣性研究中心蔡怡陞副研究員。其他多樣中心的參與者包含：第一作者TIGP生物多樣性學程李佳燁博士、協助基因體分析的劉育菁、柳韋安、林渝非、李昕翰、柯惠棉、呂美曄、謝佳倫、鍾國芳和黃仁磐。

 

論文全文〈Extensive sampling of Saccharomyces cerevisiae in Taiwan reveals ecology and evolution of predomesticated lineages〉詳見：https://genome.cshlp.org/content/32/5/864

 

聯絡人：蔡怡陞，中央研究院生物多樣性研究中心副研究員

(Tel) 02-2787-2230，ijtsai@gate.sinica.edu.tw

 

蔡怡陞
研究員

真核微生物生態基因體學