Multiple rounds of artificial selection promote microbe secondary domestication — the case of cachaça yeasts

Abstract

O estudo da domesticação de micróbios tem testemunhado grandes avanços que contribuem para uma melhor compreensão do surgimento de fenótipos selecionados artificialmente e estabelecem as bases do seu melhoramento racional para a biotecnologia. Diversas características fazem da Saccharomyces cerevisiae um modelo ideal para tal estudo, notadamente a disponibilidade de um catálogo de assinaturas de seleção artificial e o amplo conhecimento disponível sobre seus processos biológicos. Aqui, investigamos com genômica populacional e comparativa um conjunto de cepas utilizadas para fermentação de cachaça, uma bebida brasileira baseada na fermentação do caldo de cana-de-açúcar. Perguntamos se as pressões seletivas impostas por esta fermentação deram origem a uma linhagem domesticada distinta das já conhecidas, como as leveduras de vinho, cerveja, pão e saquê. Nossos resultados mostram que as leveduras de cachaça derivam de leveduras de vinho que passaram por uma rodada adicional de domesticação, que definimos como domesticação secundária. Como consequência, as cepas de cachaça combinam características das leveduras de vinho, como a presença de genes relevantes para a fermentação do vinho e inativações genéticas vantajosas, com características das leveduras de cerveja, como a resistência aos efeitos de compostos inibitórios presentes no melaço. Para outros marcadores como aqueles relacionados à resistência ao sulfito e ao metabolismo da biotina, nossas análises revelaram distribuições mais complexas do que as relatadas anteriormente, o que apoia a hipótese de domesticação secundária. Propomos um modelo de domesticação de micróbios em múltiplas camadas, abrangendo não apenas transições de populações selvagens para populações principalmente domesticadas, como no caso das leveduras de vinho, mas também domesticações secundárias, como as das leveduras de cachaça.