《Nature Communications》：Recurrent introgression and geographical stratification shape Saccharomyces cerevisiae in the Neotropics
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本研究为揭示真核生物基因组中渐渗杂交的机制与适应性意义提供了关键案例。研究团队聚焦于新热带地区酿酒酵母（S. cerevisiae）基因组中高水平的渐渗现象，通过对墨西哥等地共216株来源于开放式龙舌兰自然发酵的酵母菌株进行基因组测序分析，结合来自法属圭亚那、厄瓜多尔和巴西的样本，阐明了其种群结构与地理分布紧密关联，并发现这些菌株的渐渗片段来源于多次独立的杂交事件。结果表明，地理分层与多次渐渗是共同塑造该酵母多样性的关键进化过程。
在生命演化的宏大叙事中，物种之间的基因交流，如同一条条隐秘的河流，不断塑造着生物多样性的景观。这种现象被称为渐渗杂交，它让一个物种能够从亲缘关系相近的另一个物种那里“借来”有益的基因片段，从而快速获得新的适应性。酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），这种与人类文明紧密相伴的微生物，也不例外。尽管它与姊妹种奇异酵母（S. paradoxus）的平均序列相似性低于90%，但全球范围内的酿酒酵母菌株基因组中都发现了来自奇异酵母的渐渗片段。其中，来自新热带地区（包括中美洲、南美洲等）的菌株尤为引人注目，它们以高水平的渐渗而闻名。然而，这些渐渗事件究竟是如何发生的？它们是一次性的古老事件，还是反复上演的演化戏剧？此外，这个生物多样性热点地区的酵母种群内部，是否还存在未被充分认识的遗传结构和地理分布规律？由于该地区此前采样不足，这些问题一直悬而未决。
为了回答这些问题，一个研究团队将目光投向了墨西哥丰富的龙舌兰酒（Tequila, Mezcal等）传统酿造环境。研究人员对来自墨西哥各地开放式、自发性的龙舌兰发酵过程（open, spontaneous agave fermentation）中的216株酿酒酵母分离株进行了全基因组测序。这些菌株，连同来自法属圭亚那、厄瓜多尔和巴西的菌株，共同构成了一个广阔的新热带系统发育集群。相关研究成果发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上。
本研究主要运用了几项关键技术方法：首先是对216株来源于墨西哥开放式龙舌兰自然发酵的酿酒酵母分离株进行全基因组测序，构建了高质量的基因组数据集；其次，利用群体遗传学分析（如系统发育树构建、群体结构分析）揭示了菌株间的亲缘关系和地理分布模式；再者，通过基因组扫描和比较基因组学方法，系统鉴定并量化了来自奇异酵母（S. paradoxus）的渐渗基因组片段；最后，通过对这些渐渗片段的起源和保守模式进行深入分析，推断其杂交历史。
研究结果
新热带酿酒酵母种群展现出丰富的遗传多样性与清晰的地理分层
对墨西哥等地酵母菌株的基因组分析显示，这些新热带地区的酿酒酵母拥有可观的遗传多样性。更重要的是，这种多样性并非杂乱无章，而是呈现出与地理分布密切相关的种群结构。来自不同地区的菌株在遗传上可以区分开来，这表明地理隔离在塑造该地区酵母种群演化中起到了关键作用。这一重要的种群结构特征，过去因对该巨型多样性区域的采样不足而被忽视。
新热带酵母集群富含来自奇异酵母的渐渗片段，且这些渐渗具有复杂起源
正如预期，这些新热带菌株所在的更广泛的系统发育集群，其基因组中显著富集了渐渗片段。然而，令人惊讶的发现在于对这些渐渗片段起源的分析。研究结果表明，观察到的渐渗保守模式并非源于单一的、古老的杂交事件后简单遗传所致。相反，它们指向了多次独立的杂交事件。这意味着，在新热带地区，酿酒酵母和奇异酵母之间的物种屏障（species barriers）表现得更为灵活，允许基因流在较长时间内或在不同地点反复发生。
地理分层与多次渐渗共同塑造酵母基因组演化
综合以上发现，该研究揭示了两种并发的进化过程——地理分层（geographical stratification）与多次渐渗（multiple introgressions）——如何共同塑造了新热带地区一个多样化酿酒酵母谱系的基因组。地理隔离促进了种群的分化和本地适应，而反复发生的渐渗杂交则像一股股外部基因流，持续为种群注入新的遗传变异。这两种力量相互作用，雕刻出该地区酵母独特的基因组景观。
结论与意义
该研究通过对新热带地区，特别是墨西哥龙舌兰发酵环境中酿酒酵母的大规模基因组调查，首次系统阐明了该地区酵母种群存在显著的、与地理分布挂钩的遗传结构，并以前所未有的细节揭示了其基因组中高水平渐渗的复杂起源。核心结论是：新热带地区的酿酒酵母演化是由地理隔离导致的种群分层和与奇异酵母之间发生的多次渐渗杂交事件共同驱动的。这一发现挑战了关于物种屏障稳定性的简单假设，表明在某些生态和地理背景下，近缘物种间的基因交流可以是一种反复出现的、动态的进化力量。
其重要意义在于，新热带酵母系统为此提供了一个难得的“自然实验室”。研究人员可以在此模型下，深入探索真核生物基因组中渐渗杂交的具体机制、驱动因素及其适应性价值。理解这种灵活的物种屏障和反复的基因流动如何贡献于微生物的快速适应和多样化，不仅丰富了进化生物学理论，也对理解发酵微生物的驯化、工业酵母菌株的培育以及病原微生物的抗性进化等实际问题具有潜在启示。这项研究将我们对酿酒酵母——这个最重要的模式生物之一——的进化历史认知，拓展到了生物地理学和杂交基因组学的交叉前沿。
