Contrasting evolutionary trajectories of nitrate assimilation across Brettanomyces bruxellensis lineages

Las levaduras son hongos unicelulares que han moldeado la historia humana, convirtiendo el jugo de uva en vino y la masa en pan. Aunque mucha gente las conoce por su papel en la fermentación, estos organismos microscópicos también poseen una compleja maquinaria interna que les permite sobrevivir en entornos muy diferentes. Una clave de su supervivencia es cómo se alimentan. La mayoría de las levaduras prefieren consumir azúcares simples, pero algunas han evolucionado para descomponer el nitrato, un compuesto que se encuentra en el suelo y el agua, para construir las proteínas que necesitan para crecer. Esta capacidad no es común entre las levaduras, lo que hace que aquellas que la poseen sean particularmente interesantes para los científicos. Cuando una especie de levadura puede alternar entre diferentes fuentes de alimento, puede prosperar en lugares donde otras no pueden, como los diversos tanques de fermentación utilizados en la vinificación o los entornos naturales donde viven. Comprender cómo estos diminutos organismos ganan o pierden la capacidad de utilizar nutrientes específicos ayuda a los investigadores a ver cómo la vida se adapta al cambio con el tiempo, especialmente cuando su composición genética se complica al tener múltiples juegos de cromosomas.

Un equipo de investigadores dirigió recientemente su atención a Brettanomyces bruxellensis, una especie de levadura conocida por su amplia variedad genética y su presencia en muchos entornos de fermentación. Esta especie es única porque incluye linajes que son diploides, lo que significa que tienen dos juegos de cromosomas, así como linajes que son triploides, que portan tres juegos. Algunos de estos linajes triploides son el resultado de la hibridación, donde dos tipos diferentes de levadura se fusionaron para crear un genoma nuevo y más complejo. Los científicos querían comprender cómo se distribuye la capacidad de comer nitrato entre estos diferentes grupos genéticos y qué sucede con los genes responsables de este rasgo cuando la estructura genética de la levadura se vuelve tan intrincada. Para ello, recopilaron una enorme cantidad de datos, probando los hábitos de crecimiento de 151 cepas diferentes en el laboratorio y examinando los planos genéticos completos de 946 cepas.

Los investigadores descubrieron que la capacidad de asimilar nitrato está ampliamente extendida entre estas levaduras, pero no se comparte de manera equitativa. Algunos grupos de la levadura han conservado esta capacidad, mientras que otros la han perdido por completo. Cuando el equipo analizó los genes responsables del consumo de nitrato, descubrió que el rasgo depende en gran medida de cuántas copias de estos genes posee una cepa y de si esas copias aún funcionan correctamente. Las cepas que podían comer nitrato generalmente portaban más copias funcionales del grupo de genes que aquellas que no podían. Esta variación en el número y la calidad de los genes proporcionó un vínculo claro entre la composición genética de la levadura y su capacidad para sobrevivir con nitrato.

La parte más reveladora del estudio provino del análisis de los linajes triploides, que contienen tanto un genoma primario como un genoma adquirido. Al analizar estas dos partes por separado, los científicos descubrieron una diferencia sorprendente en cómo evolucionaron. Los genes para la asimilación de nitrato se mantuvieron generalmente intactos en el genoma primario, lo que sugiere que esta parte de la célula es muy cuidadosa en preservar el rasgo. En contraste, el genoma adquirido mostró una tasa mucho mayor de pérdida y daño de genes. Esto significa que, después de que los dos tipos de levadura se fusionaron, el nuevo material genético tendió a perder la capacidad de comer nitrato, mientras que el material genético original la mantuvo. Esto crea una dinámica desigual donde una parte de la biblioteca genética de la célula sigue siendo útil mientras que la otra se degrada.

Estos hallazgos sugieren que la capacidad de comer nitrato es un rasgo antiguo que la levadura heredó de sus ancestros. Con el tiempo, diferentes linajes han mantenido o descartado esta capacidad basándose en sus necesidades específicas y en la estabilidad de sus genomas. El estudio muestra que, en organismos híbridos complejos, los dos conjuntos de material genético no siempre evolucionan de la misma manera. Un conjunto puede permanecer estable y funcional, mientras que el otro experimenta cambios y pérdidas rápidas. Esta investigación proporciona una imagen clara de cómo la arquitectura del genoma y la mezcla de diferentes linajes genéticos pueden moldear las estrategias de supervivencia de una levadura de importancia industrial, revelando que el mantenimiento de un rasgo útil depende de un delicado equilibrio entre las copias de los genes y la historia específica del genoma.