Diversità dei lieviti nei Neotropici

Il lievito in crescita, noto come S. Cerevisiae, è un organismo ben conosciuto nei laboratori di ricerca. È un ottimo esempio per studiare ecologia, genetica delle popolazioni ed evoluzione. I ricercatori hanno scoperto che questo lievito esiste in varie forme in tutto il mondo, con diversi assetti genetici a seconda del luogo di provenienza. Hanno scoperto che S. cerevisiae ha materiale Genetico misto dal suo parente stretto, S. paradoxus, il che ha aggiunto complessità alla comprensione della sua storia e evoluzione.

#Importanza della Regione Neotropicale

La regione neotropicale, che va dal Messico settentrionale fino all'America del Sud, è riconosciuta per la sua ricca biodiversità. Qui, alcuni ceppi di S. cerevisiae, prelevati da ambienti legati all'uomo e naturali, formano un gruppo distinto chiamato clade. Questo clade è unico perché contiene un gran numero di geni misti da S. paradoxus. Tuttavia, finora solo pochi genomi di questa regione sono stati sequenziati. Questa mancanza di dati potrebbe significare che non stiamo vedendo l'intero quadro della Diversità genetica in questa parte del mondo.

#La Diversità di S. cerevisiae

Il gran numero di geni misti nei ceppi di S. cerevisiae della regione neotropicale suggerisce che si siano differenziati notevolmente rispetto ad altri gruppi. Anche se alcuni di questi geni misti sembrano provenire da popolazioni di S. paradoxus nelle Americhe, le loro origini esatte sono ancora poco chiare. In Messico, S. paradoxus si trova nei processi di fermentazione, in particolare nelle distillerie di agave, suggerendo che possa giocare un ruolo nel mixing genetico osservato nelle popolazioni locali di lievito.

Per comprendere meglio la diversità e la storia di S. cerevisiae nelle Americhe tropicali, i ricercatori hanno sequenziato 216 ceppi di lievito principalmente isolati da fermentazioni di agave in Messico. Ricerche precedenti avevano indicato un'alta diversità in questa regione, ma erano disponibili pochissime sequenze di genomi completi. Gli isolati appena sequenziati appartengono per lo più al clade neotropicale unico, evidenziando differenze geografiche nel loro raggruppamento genetico.

#Metodi Utilizzati per l'Analisi

La ricerca ha analizzato i modelli e le origini dei geni misti tra questi ceppi. Utilizzando informazioni genetiche dettagliate, i ricercatori sono stati in grado di tracciare vari eventi di mixing genetico nella storia di questi lieviti. Questa analisi ha mostrato che alcuni eventi di mixing erano specifici per i ceppi trovati nella fermentazione dell'agave.

#Raccolta dei Campioni di Lievito

I campioni di lievito sono stati raccolti da distillerie tradizionali di agave, che producono bevande alcoliche da migliaia di anni in diversi ambienti. La maggior parte dei ceppi sequenziati è stata prelevata da fermentazioni di agave tra il 1988 e il 2021. Alcuni campioni provenivano da altre fonti di fermentazione, ma tutti erano isolati in Messico. Il sequenziamento ha prodotto una grande quantità di dati che hanno aiutato i ricercatori a studiare le relazioni genetiche e le strutture di popolazione dei ceppi.

#Affinità tra i Ceppi di Lievito

Per capire come i ceppi di agave siano correlati ad altri ceppi di S. cerevisiae, i ricercatori hanno effettuato un'analisi di scaling multidimensionale. Questa analisi ha mostrato che la maggior parte degli isolati messicani si raggruppava strettamente con altri ceppi delle Americhe tropicali. Alcuni ceppi, però, si raggruppavano con cladi diversi provenienti da regioni come il Nord America o l'Europa.

Inoltre, la ricerca ha impiegato un modello di struttura della popolazione che ha rivelato un forte componente genetico ancestrale tra i ceppi di fermentazione dell'agave. L'analisi ha indicato che circa il 97% di questi ceppi apparteneva a un background genetico neotropicale. I ceppi dell'industria del tequila mostravano una mescolanza di marcatori genetici, riflettendo le loro origini diverse.

#Trovare Nuovi Cladi di Lievito

Tra i 216 ceppi sequenziati, i ricercatori hanno trovato tre cladi principali correlati alla fermentazione dell'agave. Il primo clade includeva ceppi del Messico nordorientale, dove studi precedenti avevano identificato lievito dell'area. Il secondo clade, appena scoperto, era composto principalmente dai nuovi ceppi sequenziati. Il terzo clade conteneva ceppi con background genetici misti, in particolare dall'industria del tequila.

I risultati hanno indicato che molti ceppi da fermentazioni aperte di agave appartengono a un cluster neotropicale condiviso, rivelando una significativa diversità genetica che era stata sottovalutata in precedenza. Questa diversità è stata misurata utilizzando variazioni genetiche, con i ceppi neotropicali che mostrano alcuni dei livelli più alti rispetto ad altri gruppi a livello globale.

#Influenza Geografica sulla Diversità Genetica

I ceppi isolati dai Neotropici provengono da vari ambienti su grandi distanze. I ricercatori hanno cercato di vedere come la geografia influenzasse la struttura della popolazione di S. cerevisiae in questa regione. Hanno scoperto undici componenti genetici ancestrali che corrispondevano a specifiche località geografiche. Ognuno dei cinque cladi nel cluster neotropicale aveva regioni associate distinte, e i ceppi provenienti da aree di produzione simili tendevano a raggrupparsi insieme.

Nonostante questa struttura geografica, alcune eccezioni suggerivano che il flusso genico potesse avvenire all'interno e tra le linee. Ad esempio, alcuni ceppi da fermentazione dell'agave erano strettamente correlati a ceppi selvatici del Nord America, mentre altri presentavano tratti provenienti da diverse popolazioni neotropicali.

#Misure di Diversità Genetica

Il team di ricerca ha quantificato diversi aspetti della diversità genetica, come la diversità di nucleotide e l'eterozigosità. I risultati indicavano che i cladi mostravano differenze significative tra loro, con alcuni che presentavano alti livelli di diversità. Questo suggerisce che i fattori che influenzano la diversità genetica vanno oltre la semplice isolamento geografico, accennando a possibili impatti umani e dinamiche ecologiche.

#Esaminare Eventi di Mixing Genetico

Nel cluster neotropicale, i ceppi di S. cerevisiae avevano un numero insolitamente elevato di geni misti da S. paradoxus. I ricercatori miravano a comprendere come si fossero verificati questi eventi di mixing e le loro implicazioni. Hanno identificato e analizzato i geni introgressi, notando che i ceppi dei cladi messicani contenevano molti di questi geni misti.

I ricercatori hanno scoperto che il numero di geni introgressi variava spesso all'interno e tra i diversi cladi, con i ceppi di agave messicani che ne avevano di più. Questo schema suggeriva che si fossero verificati molteplici eventi di mixing genetico nel corso della loro storia evolutiva.

#Tracciare le Origini dei Geni Misti

Per tracciare le origini dei geni introdotti, i ricercatori hanno valutato le somiglianze nelle sequenze con i genomi di S. paradoxus. Hanno trovato che la maggior parte dei geni misti nei cladi messicani di agave proveniva da una linea di S. paradoxus specifica del Messico e spesso trovata in contesti di fermentazione dell'agave. Al contrario, i geni introgressi nei ceppi provenienti dalla Guyana francese erano legati a una linea diversa di S. paradoxus non tipicamente associata alla produzione di agave.

Questo suggerisce che si siano verificati molteplici eventi di mixing genetico tra diverse linee di S. paradoxus e gli antenati dei ceppi neotropicali di S. cerevisiae. Questo fenomeno evidenzia la stretta relazione e interazioni tra le due specie nel contesto evolutivo della regione.

#Conclusione

In generale, gli sforzi di sequenziamento dei ricercatori hanno ampliato la comprensione della diversità e biogeografia di S. cerevisiae. Hanno scoperto due nuovi cladi all'interno del cluster neotropicale, che, insieme ai cladi già identificati, formano un complesso panorama genetico. I risultati illustrano come i fattori geografici plasmino la diversità genetica trovata in questa regione.

Le pratiche umane legate alla fermentazione, così come le interazioni tra piante e insetti, potrebbero anche svolgere un ruolo nel plasmare le popolazioni di lievito. Il sistema di fermentazione dell'agave rappresenta un'area ricca per studiare la genetica dei lieviti e comprendere l'interazione tra fattori ecologici ed evolutivi. Ulteriori ricerche in questo ambito potrebbero rivelare ancora di più sulla storia evolutiva di questi organismi importanti.