Diversité des levures dans les néotropiques

La levure bourgeonnante, connue sous le nom de S. Cerevisiae, est un organisme bien connu dans les labos de recherche. C'est un bon exemple pour étudier l'écologie, la génétique des populations et l'évolution. Les chercheurs ont constaté que cette levure existe sous différentes formes dans le monde, avec des compositions Génétiques variées selon leur origine. Ils ont découvert que S. cerevisiae a du matériel génétique mélangé de son proche parent, S. paradoxus, ce qui complique la compréhension de son histoire et de son évolution.

#Importance de la région néotropicale

La région néotropicale, qui s'étend du nord du Mexique jusqu'en Amérique du Sud, est reconnue pour sa riche biodiversité. Ici, certaines souches de S. cerevisiae, provenant d'environnements liés aux humains et naturels, forment un groupe distinct appelé clade. Ce clade est unique car il contient un grand nombre de gènes mélangés de S. paradoxus. Cependant, seulement quelques génomes de cette région ont été séquencés jusqu'à présent. Ce manque de données pourrait signifier qu'on ne voit pas toute la Diversité génétique dans cette partie du monde.

#La diversité de S. cerevisiae

Le grand nombre de gènes mélangés dans les souches de S. cerevisiae de la région néotropicale suggère qu'elles ont divergé de manière significative par rapport à d'autres groupes. Bien que certains de ces gènes mélangés semblent venir des populations de S. paradoxus en Amérique, leurs origines exactes restent floues. Au Mexique, S. paradoxus se retrouve dans les processus de fermentation, notamment dans les distilleries d'agave, ce qui suggère qu'il pourrait jouer un rôle dans le mélange génétique observé dans les populations locales de levures.

Pour mieux comprendre la diversité et l'histoire de S. cerevisiae dans les Amériques tropicales, les chercheurs ont séquencé 216 souches de levure principalement isolées des fermentations d'agave au Mexique. Des recherches précédentes avaient montré une grande diversité dans cette région, mais très peu de séquences de génomes complets étaient disponibles. Les nouveaux isolats séquencés appartiennent largement au clade néotropical unique, mettant en évidence des différences géographiques dans leur regroupement génétique.

#Méthodes utilisées pour l'analyse

La recherche a analysé les motifs et origines des gènes mélangés parmi ces souches. Grâce à des informations génétiques détaillées, les chercheurs ont pu retracer divers événements de mélange de gènes dans l'histoire de ces levures. Cette analyse a montré que certains événements de mélange étaient spécifiques aux souches trouvées dans la fermentation d'agave.

#Collecte d'échantillons de levure

Des échantillons de levure ont été collectés dans des distilleries traditionnelles d'agave, qui produisent des boissons alcoolisées depuis des milliers d'années dans divers environnements. La plupart des souches séquencées ont été prélevées dans des fermentations d'agave entre 1988 et 2021. Quelques échantillons venaient d'autres sources de fermentation, mais tous étaient isolés au Mexique. Le séquençage a produit une grande quantité de données qui ont aidé les chercheurs à étudier les relations génétiques et les structures de population des souches.

#Parenté entre les souches de levure

Pour comprendre comment les souches d'agave se rapportent à d'autres souches de S. cerevisiae, les chercheurs ont effectué une analyse d'échelle multidimensionnelle. Cette analyse a montré que la plupart des isolats mexicains se regroupaient étroitement avec d'autres souches des Amériques tropicales. Cependant, certaines souches se sont regroupées avec des clades différents provenant de régions comme l'Amérique du Nord ou l'Europe.

En outre, la recherche a utilisé un modèle de structure de population qui a révélé un fort composant génétique ancestral parmi les souches de fermentation d'agave. L'analyse a indiqué qu'environ 97 % de ces souches appartenaient à un fond génétique néotropical. Les souches de l'industrie de la tequila montraient un mélange de marqueurs génétiques, reflétant leurs origines diverses.

#Découverte de nouveaux clades de levure

Parmi les 216 souches séquencées, les chercheurs ont trouvé trois principaux clades liés à la fermentation d'agave. Le premier clade comprenait des souches du nord-est du Mexique, où des études précédentes avaient identifié des levures de la région. Le deuxième clade, récemment découvert, se composait principalement des souches nouvellement séquencées. Le troisième clade contenait des souches avec des origines génétiques mélangées, en particulier de l'industrie de la tequila.

Les résultats ont indiqué que de nombreuses souches issues d'agaves à fermentation ouverte appartiennent à un groupe néotropical commun, révélant une diversité génétique significative qui avait été sous-estimée auparavant. Cette diversité a été mesurée à l'aide de variations génétiques, les souches néotropicales montrant certains des niveaux les plus élevés par rapport à d'autres groupes dans le monde.

#Influence géographique sur la diversité génétique

Les souches isolées des néotropiques proviennent de différents environnements sur de grandes distances. Les chercheurs ont voulu voir comment la géographie influençait la structure de population de S. cerevisiae dans cette région. Ils ont découvert onze composants génétiques ancestraux qui correspondaient à des lieux géographiques spécifiques. Chacun des cinq clades du groupe néotropical avait des régions associées distinctes, et les souches provenant de zones de production similaires avaient tendance à se regrouper.

Malgré cette structure géographique, certaines exceptions ont suggéré que le flux génique pouvait se produire au sein et entre les lignées. Par exemple, certaines souches issues de la fermentation d'agave étaient étroitement liées à des souches sauvages d'Amérique du Nord, tandis que d'autres montraient des traits provenant de différentes populations néotropicales.

#Mesures de la diversité génétique

L'équipe de recherche a quantifié plusieurs aspects de la diversité génétique, tels que la diversité des nucléotides et l'hétérozygotie. Les résultats ont indiqué que les clades présentaient des différences significatives les uns par rapport aux autres, certains affichant des niveaux de diversité élevés. Cela suggère que les facteurs influençant la diversité génétique vont au-delà de la simple isolement géographique, laissant entrevoir des impacts humains et des dynamiques écologiques possibles.

#Examen des événements de mélange de gènes

Dans le groupe néotropical, les souches de S. cerevisiae avaient un nombre de gènes mélangés issus de S. paradoxus. Les chercheurs ont voulu comprendre comment ces événements de mélange se produisaient et leurs implications. Ils ont identifié et analysé les gènes introgressés, notant que les souches des clades mexicains contenaient un grand nombre de ces gènes mélangés.

Les chercheurs ont découvert que le nombre de gènes introgressés variait souvent au sein et entre différents clades, avec les souches d'Agave mexicains en ayant le plus. Ce schéma suggérait que plusieurs événements de mélange de gènes avaient eu lieu au cours de leur histoire évolutive.

#Retracer les origines des gènes mélangés

Pour retracer les origines des gènes introduits, les chercheurs ont évalué les similitudes de séquence avec les génomes de S. paradoxus. Ils ont trouvé que la majorité des gènes mélangés dans les clades d'Agave mexicains provenaient d'une lignée de S. paradoxus spécifique au Mexique et souvent trouvée dans des contextes de fermentation d'agave. En revanche, les gènes introgressés dans les souches de la Guyane française étaient liés à une autre lignée de S. paradoxus non associée à la production d'agave.

Cela suggère que plusieurs événements de mélange de gènes se sont produits entre différentes lignées de S. paradoxus et les ancêtres des souches néotropicales de S. cerevisiae. Ce phénomène met en évidence la relation étroite et les interactions entre les deux espèces dans le paysage évolutif de la région.

#Conclusion

Dans l'ensemble, les efforts de séquençage des chercheurs ont élargi la compréhension de la diversité et de la biogéographie de S. cerevisiae. Ils ont découvert deux nouveaux clades au sein du groupe néotropical, qui, avec les clades précédemment identifiés, forment un paysage génétique complexe. Les résultats illustrent comment les facteurs géographiques façonnent la diversité génétique trouvée dans cette région.

Les pratiques humaines liées à la fermentation, ainsi que les interactions entre plantes et insectes, pourraient également jouer un rôle dans la formation des populations de levures. Le système de fermentation d'agave représente un domaine riche pour étudier la génétique des levures et comprendre l'interaction entre les facteurs écologiques et évolutifs. D'autres recherches dans ce domaine pourraient dévoiler encore plus sur l'histoire évolutive de ces organismes importants.