造物引言

最近，佐治亚理工学院（Georgia Tech’s School）生物科学院的研究人员发现了一种在自然条件下能利用光能生长的酵母菌株，而且通过简单的基因调整，就能让普通面包酵母也拥有这项“特异功能”。该研究成果发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上，揭示了微小基因转移对生物进化的深远影响，并为众多领域的开发提供了新的研究思路。

在烹饪领域，酵母是一种不起眼但强大的生物，在阴暗的发酵深处茁壮成长，利用“炼金术”将碳水化合物的平凡转化为面包和啤酒的美味。但是，如果这一古老的过程被一个转折所颠覆，从而重新定义我们对这一微观动力源的认识，那又会怎样呢？这正是佐治亚理工学院生物科学院的研究人员所关注的，他们得到了一项突破性发现：一种酵母菌株不仅耐光，而且能在光下茁壮成长。

图 1 细胞壁（蓝色）内的视紫红质蛋白（绿色）有助于这些酵母在光照下快速生长，来自佐治亚理工学院 Anthony Burnetti。

想象一下，在这个世界上，酵母，我们众多烹饪和酿造传统的基石，可以被诱导成一种新的存在形式，不再拥抱黑暗，而是追随光明。这不是天马行空的设想，而是安东尼·伯内蒂（Anthony Burnetti）和他的团队提出的现实。

他们的研究成果发表在《当代生物学》杂志上，堪称生物学上的一大启示。威廉·拉特克利夫（William Ratcliff）副教授实验室的研究人员伯内蒂（Burnetti）带着敬畏之心承认：“坦白地讲，把酵母变成光养真菌如此简单，令我们感到震惊。我们只需移动一个基因，它们在光照下的生长速度就比在黑暗中快2%，而且不需要任何微调或精心诱导。”

这一壮举不仅仅是一个科学奇观。它对我们理解进化、生物燃料生产，甚至细胞衰老的奥秘都有着深远的影响。它证明了简单的基因调整就能带来复杂的生物变化。

这一发现的伏笔在该小组早先对多细胞生命起源的探索时就已经埋下。他们的早期研究成果发表在《自然》杂志上，深度展示了他们的模式生物“雪花酵母”（snowflake yeast）是如何在几千代的时间里进化成多细胞生物的。但是，一块绊脚石出现了，即多细胞结构内部获取能量存在限制。伯内蒂解释说：“氧气很难扩散到组织深处，导致组织无法获得能量。如何解决这个问题呢？答案是光。”

进化到能利用光获取能量是一个错综复杂的过程，往往涉及一系列复杂的基因和蛋白质。在自然界和实验室中，这种复杂性阻碍了在其他生物体中复制这一过程的尝试。但大自然往往偏爱简单，佐治亚理工学院的研究小组在视紫红质蛋白（Rhodopsin）中找到了答案。这些遍布生命之树的蛋白质提供了一种更直接的将光能转化为生物能的方法。该研究的第一作者——生物学博士奥特姆·彼得森（Autumn Peterson）指出：“视紫红质在生命之树上随处可见，显然是生物在进化过程中从彼此身上获取基因而获得的。”

他们的方法依赖于水平基因转移现象，即不同物种之间交换遗传物质，导致快速进化的过程。这一过程在视紫红质中尤为普遍。伯内蒂解释说：“在寻找将视紫红质转移到多细胞酵母中的方法的过程中，我们发现，通过将其转移到常规的单细胞酵母中，我们可以了解过去在进化过程中发生的视紫红质相关基因的水平转移。”

研究小组成功的标志是将一种寄生真菌的视紫红质基因引入普通面包酵母中。这种基因专为液泡视紫红质定制，使酵母能够有效地转化光能。结果，酵母在光下的生长速度比在黑暗中快了约 2%——这是一项显著的进化优势。

彼得森补充道：“这种简易性提供了关键的进化见解，说明了视紫红质为何能如此轻易地在众多品系中传播，并解释了传播的原因。”

这一发现的潜在应用领域非常广泛。从探索减缓细胞衰老的方法到促进生物燃料的生产，这项研究为无数领域打开了希望的大门。对拉特克利夫的团队来说，他们将目光投向了更广阔的进化之旅。他们尤其感兴趣的是，酵母这种新发现的光合营养能力会如何影响其从单细胞生物向多细胞生物的过渡。“我们拥有这个美丽的简单多细胞模型系统，”伯内蒂说，“我们想给它光营养，看看它是如何改变进化的。”

这项研究不仅与酵母和光有关，还讲述了生物所具备的潜力和意想不到的进化途径。它体现的是在复杂中发现简单，以及单一基因调整的深远影响。在生命锦织的宏大计划中，佐治亚理工学院的研究小组添加了一条充满活力的新线，展示了一个微小变化如何照亮了解生命错综网络的道路。

参考链接：

https://www.synbiobeta.com/read/shining-a-light-on-yeast-a-breakthrough-in-biological-engineering?utm_source=ActiveCampaign&utm_medium=email&utm_content=Johnson

译者/祝好梦

审核/莫十二

编辑/莫十二

面包酵母变光合真菌？光合进化的突破性发现