DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-69138-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41723146
تاريخ النشر: 2026-02-21
المؤلف: J. Abraham Avelar‐Rivas وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث وراثة الفطريات والخمائر
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على دور الهجين التقدمي في التاريخ التطوري للكائنات الحية، مع التركيز بشكل خاص على نوع الخميرة *Saccharomyces cerevisiae*. على الرغم من أن هوية التسلسل تقل عن 90% مع نوعها الشقيق *S. paradoxus*، إلا أن سلالات *S. cerevisiae* في جميع أنحاء العالم تظهر إدخالًا جينيًا كبيرًا. قامت هذه الدراسة بتسلسل 216 عينة من التخمر العفوي للأغاف في المكسيك، كاشفة عن تنوع جيني كبير وبنية سكانية مرتبطة بالتوزيع الجغرافي، والذي تم التقليل من تقديره سابقًا بسبب عدم كفاية العينات في هذه المنطقة الغنية بالتنوع البيولوجي.
تشير التحليلات إلى أن هذه السلالات المكسيكية، إلى جانب تلك الموجودة في غيانا الفرنسية، والإكوادور، والبرازيل، تشكل مجموعة فيلو جينية نيوتروبية متميزة غنية بالهجن. تشير النتائج إلى وجود أحداث هجين متعددة وحواجز نوعية مرنة في المنطقة، مما يبرز العمليات التطورية المتزامنة مثل الطبقية الجغرافية والإدخال الجيني التي تشكل جينومات *S. cerevisiae*. تضع هذه الأبحاث خمائر نيوتروبيك كنموذج قيم للتحقيق في الآليات والأهمية التكيفية للهجين التقدمي في تطور الجينومات حقيقية النواة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية خميرة البراعم *Saccharomyces cerevisiae* كنموذج للكائنات الحية ليس فقط في الدراسات المخبرية ولكن أيضًا في علم البيئة، وعلم الجينوم السكاني، والتطور. تشير التحليلات الجينومية لعينات متنوعة إلى أن *S. cerevisiae* منظمة في مجموعات تتوافق مع العوامل الجغرافية والبيئية، كاشفة عن ظاهرة ملحوظة من الإدخال الجيني من نوعها الشقيق، *Saccharomyces paradoxus*. يكون هذا الإدخال أكثر وضوحًا في المنطقة النيوتروبية، حيث تظهر السلالات درجة عالية من التنوع الجيني، ومع ذلك فإن العدد المحدود من الجينومات المتسلسلة قد قيد فهم هذه الديناميات.
تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال تسلسل 216 سلالة تم عزلها بشكل أساسي من التخمرات التقليدية للأغاف في المكسيك، والتي يتم تصنيفها كنظم مفتوحة من صنع الإنسان. تشير النتائج إلى أن معظم العينات الجديدة المتسلسلة تنتمي إلى المجموعة النيوتروبية، كاشفة عن مجموعات جديدة تتوافق مع الأصول الجغرافية. علاوة على ذلك، يكشف تحليل أنماط الإدخال الجيني عن أحداث تدفق جيني تاريخية متعددة بين *S. cerevisiae* و *S. paradoxus*، مما يساهم في تحسين شجرة النسب التي توضح تعقيد تدفق الجينات بين الأنواع في هذه المنطقة الغنية بالتنوع البيولوجي. تعزز هذه المقاربة الشاملة فهم الديناميات التطورية لـ *S. cerevisiae* وتفاعلاتها مع الأنواع ذات الصلة.
النتائج
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بتسلسل جينومات 216 عينة من *Saccharomyces cerevisiae* مأخوذة بشكل أساسي من معامل تقطير الأغاف التقليدية في جميع أنحاء المكسيك، بهدف توضيح تنوع الخميرة في منطقة غنية بالتنوع البيولوجي. امتد أخذ العينات من 1988 إلى 2021، حيث تم الحصول على 211 سلالة من تخمرات الأغاف، بينما تم عزل الخمس المتبقية من تخمرات تقليدية أخرى، بما في ذلك البلك، وعصير التفاح، والكمثرى الشوكية، ونباتات السوتول. يوفر هذا البيئة التخمرية البشرية، التي تتميز بأكثر من 3,500 عام من التخمرات العفوية، سياقًا غنيًا للتحقيق في تنوع الخميرة.
سهل التحليل الجينومي، مع عمق تغطية وسطي قدره 163X، تقييم العلاقات النسبية وبنية السكان للسلالات، مما يساهم في فهم أوسع لتنوع *S. cerevisiae*. بالإضافة إلى ذلك، استكشفت الدراسة الديناميات والأصول للإدخالات الشائعة من *S. paradoxus* داخل هذه السكان، مقدمة رؤى حول التفاعلات التطورية بين هذه الأنواع من الخميرة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التنوع الجيني والعلاقات النسبية لسلالات *Saccharomyces cerevisiae* المرتبطة بتخمر الأغاف في المنطقة النيوتروبية. تكشف الدراسة أن الغالبية العظمى من هذه السلالات تشكل مجموعة نيوتروبية متميزة، تتميز بارتفاع التمايز الجيني وعدد كبير من المتغيرات أحادية النوكليوتيد (SNVs). من الجدير بالذكر أنه تم تحديد مجموعتين جديدتين، الأغاف المكسيكي 2 (MA2) ومعمل التكيلا، جنبًا إلى جنب مع المجموعات المحددة سابقًا، مما يشير إلى تنوع جيني غني يمتد إلى ما هو أبعد من مجموعة “الأغاف المكسيكي” المعترف بها سابقًا. أظهر التحليل النسيجي أن 94.9% من السلالات الجديدة المتسلسلة تنتمي إلى مجموعة أحادية النمط، مما يعزز الفكرة بأن العوامل الجغرافية تؤثر بشكل كبير على بنية السكان لهذه الخمائر.
علاوة على ذلك، قامت الدراسة بفحص تأثير الإدخال الجيني من *Saccharomyces paradoxus* على التركيب الجيني للسلالات النيوتروبية. وُجد أن وجود المناطق المدخلة كان أكثر وضوحًا في المجموعات المرتبطة بالأغاف مقارنة بالمجموعات العالمية الأخرى. تتبع التحليل أصول هذه الإدخالات إلى سلالات محددة من *S. paradoxus*، وخاصة تلك الموجودة في معامل تقطير الأغاف في المكسيك. تشير النتائج إلى أن أحداث تدفق الجينات بين الأنواع المتعددة قد شكلت المسار التطوري لـ *S. cerevisiae* في المنطقة، حيث لعب العزل الجغرافي دورًا حاسمًا في تباين هذه السكان. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على أهمية الدراسات الجينومية الشاملة في فهم الديناميات التطورية والحفاظ على تنوع الخمائر في البيئات البشرية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-69138-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41723146
Publication Date: 2026-02-21
Author(s): J. Abraham Avelar‐Rivas et al.
Primary Topic: Fungal and yeast genetics research
Overview
The research highlights the role of introgressive hybridization in the evolutionary history of organisms, specifically focusing on the yeast species *Saccharomyces cerevisiae*. Despite a sequence identity of less than 90% with its sister species *S. paradoxus*, *S. cerevisiae* strains worldwide exhibit significant genetic introgression. This study sequenced 216 isolates from spontaneous agave fermentation in Mexico, revealing substantial genetic diversity and population structure correlated with geographic distribution, which had previously been underestimated due to insufficient sampling in this biodiverse region.
The analysis indicates that these Mexican strains, along with those from French Guiana, Ecuador, and Brazil, form a distinct Neotropical phylogenetic cluster enriched in introgressions. The findings suggest multiple hybridization events and flexible species barriers in the region, highlighting concurrent evolutionary processes such as geographical stratification and introgression that shape the genomes of *S. cerevisiae*. This research positions Neotropical yeasts as a valuable model for investigating the mechanisms and adaptive significance of introgressive hybridization in the evolution of eukaryotic genomes.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of the budding yeast *Saccharomyces cerevisiae* as a model organism not only in laboratory studies but also in ecology, population genomics, and evolution. Genomic analyses of diverse isolates indicate that *S. cerevisiae* is structured into clades that correlate with geographic and environmental factors, revealing a notable phenomenon of genetic introgression from its sister species, *Saccharomyces paradoxus*. This introgression is particularly pronounced in the Neotropical region, where strains exhibit a high degree of genetic diversity, yet the limited number of sequenced genomes has constrained the understanding of these dynamics.
The study aims to address this gap by sequencing 216 strains primarily isolated from traditional agave fermentations in Mexico, which are characterized as anthropogenic, open systems. The findings suggest that most newly sequenced isolates belong to the Neotropical cluster, uncovering new clades that correlate with geographic origins. Furthermore, the analysis of introgression patterns reveals multiple historical gene flow events between *S. cerevisiae* and *S. paradoxus*, contributing to a refined phylogeny that illustrates the complexity of interspecies gene flow in this biodiverse region. This comprehensive approach enhances the understanding of the evolutionary dynamics of *S. cerevisiae* and its interactions with related species.
Results
In this study, the authors sequenced the genomes of 216 *Saccharomyces cerevisiae* isolates sourced primarily from traditional agave distilleries across Mexico, aiming to elucidate the yeast diversity in a highly biodiverse region. The sampling spanned from 1988 to 2021, with 211 strains derived from agave fermentations, while the remaining five were isolated from other traditional fermentations, including pulque, apple cider, cactus pears, and sotol plants. This anthropogenic fermentation environment, characterized by over 3,500 years of spontaneous fermentations, serves as a rich context for investigating yeast diversity.
The genomic analysis, with a median depth coverage of 163X, facilitated an assessment of the phylogenetic relationships and population structure of the strains, contributing to a broader understanding of *S. cerevisiae* diversity. Additionally, the study explored the dynamics and origins of prevalent *S. paradoxus* introgressions within these populations, providing insights into the evolutionary interactions between these yeast species.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the genetic diversity and phylogenetic relationships of *Saccharomyces cerevisiae* strains associated with agave fermentation in the Neotropical region. The study reveals that the majority of these strains form a distinct Neotropical cluster, characterized by high genetic differentiation and a significant number of single nucleotide variants (SNVs). Notably, two new clades, Mexican Agave 2 (MA2) and Tequila Distillery, were identified alongside the previously defined clades, indicating a rich genetic diversity that extends beyond the previously recognized “Mexican Agave” group. The phylogenetic analysis demonstrated that 94.9% of the newly sequenced strains belong to a monophyletic group, reinforcing the notion that geographic factors significantly influence the population structure of these yeasts.
Furthermore, the study examined the impact of introgression from *Saccharomyces paradoxus* on the genetic makeup of the Neotropical strains. The presence of introgressed regions was found to be more pronounced in the agave-associated clades compared to other global groups. The analysis traced the origins of these introgressions to specific lineages of *S. paradoxus*, particularly those found in agave distilleries in Mexico. The findings suggest that multiple interspecies gene flow events have shaped the evolutionary trajectory of *S. cerevisiae* in the region, with geographic isolation playing a crucial role in the divergence of these populations. Overall, the research underscores the importance of comprehensive genomic studies in understanding the evolutionary dynamics and conservation of yeast diversity in anthropogenic environments.