Původ pivní kvasinky?

Podle již poměrně dávno publikované práce Susuma Ohna může být jedním z evolučních mechanizmů duplikace genetického materiálu. Duplikované geny byly nalezeny v mnoha organizmech a u dalších, např. u kukuřice nebo u obratlovců, se předpokládá duplikace celého genomu. Důkladnou analýzou kompletní sekvence DNA kvasinky Saccharomyces cerevisiae byly získány poměrně přesvědčivé důkazy o vzniku kvasinkového genomu zdvojnásobením výchozího genomu.

Analýzou sekvence bylo v genomu kvasinky identifikováno 55 duplikovaných oblastí s 367 páry homologních genů. Aminokyselinové sekvence produktů těchto genů vykazují sekvenční identitu 24 – 100 % (průměrně 63 %). Aby byla nějaká část kvasinkového genomu rozlišena jako duplikovaná, musela splňovat tři základní podmínky: (a) vykazovat definovanou míru homologie (BLASTP index větší než 200), (b) musela obsahovat nejméně 3 souvislé homologní oblasti vzdálené od sebe maximálně 50 kbp při (c) zachování orientace duplikovaných bloků. Všemi možnými dostupnými statickými metodami bylo prokázano, že množství duplikací je signifikantně vyšší, než by mohlo vzniknout náhodně. Průměrná duplikovaná oblast je dlouhá 55 kbp a tvoří ji 6,7 genových dvojic. Duplikované oblasti zasahují asi do 50 % genomu, z toho skutečně duplikováno je 25 %. Podíl duplikovaných oblastí samozřejmě ještě podstatně vzroste, pokud započítáme i jednotlivé duplikované geny nebo dvojice genů.

Jak vznikly tyto rozsáhlé zdvojené oblasti? V podstatě jsou jenom dvě možnosti buď sérií postupných duplikací jednotlivých oblastí, nebo tetraploidizací s následnou degenerací. Druhá varianta zdá se podstatně pravděpodobnější a hlavními argumenty pro ni je zachování orientace duplikovaných oblastí (v naprosté většině případů) a neexistence triplikovaných oblastí.

Autoři práce navrhují vznik kvasinky pivní fúzí dvou kvasinkových buněk (pravděpodobně rodu Kluyveromyces, který je se Saccharomyces blízce příbuzný) obsahujících asi 5 000 genů s následnou postupnou diploidizací a degenerací původního tetraploidního genomu. Výsledkem tohoto procesu je dnešní Saccharomyces cerevisiae s 5 800 geny a s vysokým podílem zdvojených genů. Pokud přihlédneme i ke skutečnosti, že autotetraploidizace byla u této kvasinky již zaznamenána a že druh Saccharomyces carlsbergensis je pravděpodobně tetraploidem Saccharomyces cerevisiae, získává navrhovaný model další podporu. A kdoví, možná právě starodávná tetraploidizace umožnila díky redundanci genetického materiálu nebývalý rozvoj fermentačních schopností kvasinky, které na ní dnes tak oceňujeme (Nature 387, 708–713, podrobnější informace na acer.gen.tcd.ie/khwolfe/yeast). />