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酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是食品加工、工业发酵和医药制造领域的明星微生物,凭其适宜的生长周期、小巧紧凑的基因组和成熟易操作的遗传操作系统,酿酒酵母一直受宠于真核生物细胞生物学、分子生物学和遗传学的研究,野生酿酒酵母群体的发现奠定了其作为群体遗传和物种进化研究对象的基础。然而由于菌种资源等的局限性,我们对野生酿酒酵母群体了解甚少。基于本课题组对野生酿酒酵母菌种资源的研究积累,本文对国内野生酿酒酵母的菌株收集、群体特征、基因组学特征、生殖隔离等方面展开研究,主要研究内容和结果如下: 在我国西藏地区进行样品采集,并从中分离鉴定得到432株自然/野生来源的酿酒酵母菌株,丰富了野生酿酒酵母群体的菌株资源。 对全国范围的98株自然/野生来源酿酒酵母菌株进行群体特征的研究发现,相比于驯化群体,野生群体酿酒酵母主要以二倍体状态稳定存在(80.6%),拥有完整的生活史(92.8%的菌株能够产生子囊孢子),以同宗配合进行有性生殖;基于本课题组前期系统进化分析结果对国内八个分支的菌株进行杂交实验发现,同一分支内菌株间杂交可育率高,分支间菌株杂交可育率相对较低,尤其是位于系统进化树基部的三个分支间菌株的10.0-55.0%杂交可育率表明其存在部分生殖隔离。 对国内野生酿酒酵母群体五株代表性菌株及两株驯化菌株进行全基因组测序及比较基因组分析发现,1)相对于参考菌株S288C,菌株单核苷酸多样性(SNPs)和小片段插入缺失(small InDels)位点数量随着野生到驯化的进化方向而递减,进一步证明野生菌株更接近祖先的进化地位;2)菌株间存在功能基因差异,缺失部分S288C所有的基因并存在部分S288C没有的基因;3)野生酿酒酵母菌株间染色体结构差异明显,存在九处染色体重排事件,四处染色体内倒置,五处非同源染色体间相互易位,其中四处为大片段染色体易位(78kb-875kb)。 通过脉冲场凝胶电泳技术结合菌株杂交实验结果研究染色体核型差异对菌株间部分生殖隔离的影响发现,染色体核型相似的菌株杂交可育率高,染色体核型有差异的菌株杂交可育率低,并且菌株间杂交可育率随着大片段染色体易位事件的增多而降低,说明染色体重排(相互易位)是导致野生酿酒酵母群体内部分生殖隔离的重要原因。 本课题的研究积累了野生酿酒酵母菌种资源,为酿酒酵母在酿造发酵等工业的应用提供良好材料;加深了对野生酿酒酵母群体群体遗传和基因组特征、群体内部生殖隔离方面的认识,对真核微生物群体遗传和物种形成研究具有重要意义。