تكاثر الخميرة

على الرغم من كونه حقيقيات النوى أحادية الخلية البسيطة ، إلا أن خميرة الخميرة تعمل ككائن حي نموذجي قيم لأن عملياتها الخلوية ، مثل دورة الخلية ، تشبه تلك الموجودة في حقيقيات النوى ذات الترتيب الأعلى ، مثلنا. في دورة خلية الخميرة ، يرتبط نمو الخلايا وانقسام الخلايا ارتباطا وثيقا ويعتمدان على عوامل مثل تركيز المغذيات. اعتمادا على الإشارات البيئية ، يمكن أن تخضع الخميرة للتكاثر اللاجنسي أو الجنسي لإنتاج خلايا جديدة. سيعطيك هذا الفيديو نظرة عامة على دورة خلايا الخميرة وأشكال التكاثر المختلفة في S. cerevisiae.

دعونا نضغط بسرعة على معرفتنا بدورة الخلية. توجد مرحلتان رئيسيتان ، الطور البيني ، الذي يتكون من مراحل فرعية G1 و S و G2. ومرحلة M ، أو الانقسام. كما تعلم ، يعد الانقسام الفتيلي مكونا مهما في انقسام الخلايا ، والخميرة غريبة من حيث أنها تنقسم بشكل غير متماثل عبر آلية للتكاثر اللاجنسي ، تعرف باسم التبرعم.

في مرحلة G1 ، تلتزم الخلايا بدورة الخلية عند نقطة "START". تظهر البراعم خلال المرحلة S وتستمر في النمو خلال بقية دورة الخلية ، بما في ذلك الانقسام. عندما يكتمل الحركية الخلوية ، ينتج عن الانقسام غير المتكافئ للسيتوبلازم خلية ابنة أصغر. لسوء حظ الخلية الأم ، يحدث تندب مرئي في موقع انقسام الخلية. لحسن حظ العلماء ، فإن وضع العلامات الفلورية على مكون جدار الخلية الكيتين يسمح للباحثين بفحص نمط التبرعم لخلية الخميرة وتقدير عدد المرات التي انقسمت فيها.

ستنمو الخلية المشكلة حديثا في المرحلة G1 ، في وجود العناصر الغذائية ، حتى يتم استيفاء شروط معينة والوصول إلى نقطة تفتيش دورة الخلية ، أو نقطة تقييد تسمى "START". بمجرد مرور الخلايا عبر "START" ، فإنها تلتزم بما تبقى من دورة الخلية وتنقسم مرة أخرى. قبل الوصول إلى نقطة التفتيش هذه ، يمكن أن تخضع الخميرة للانقسام الاختزالي والتكاثر الجنسي اللاحق.

الآن لماذا يجب أن تخضع حقيقيات النوى أحادية الخلية مثل الخميرة للتكاثر الجنسي؟

كما تعلمت بالفعل ، فإن التكاثر الجنسي هو وسيلة لإدخال التباين في مجموعة من الكائنات الحية ، مما يعزز البقاء على قيد الحياة.

نوع الخميرة التي تتزاوج هي أحادية الصيغة الصبغية ، والتي تحتوي على نسخة واحدة من الجينوم ، مثل خلايا البويضة أو المنوية. هناك نوعان من التزاوج أحادي الصيغة الصبغية ، Mat a و Mat alpha ، ويمكن لهذه الخلايا أن تنبتئ وتتكاثر لاجنسيا ، مثل الخميرة ثنائية الصبغيات.

كل نوع من أنواع التزاوج هذه يطلق الفيرومونات. تطلق Mat a "عامل" وتصدر Mat alpha "عامل ألفا". يتم الكشف عن الفيرومونات من خلال أنواع التزاوج المعاكسة وتتسبب في تغيير شكل الخميرة أحادية الصيغة الصبغية عن طريق الاستطالة والدخول في مرحلة schmoo.

خلال هذه المرحلة ، يستمر اثنان من أحادي الصيغة الصبغية في النمو تجاه بعضهما البعض حتى تحقيق الاتصال بالخلية الخلوية. ينتج عن الاندماج اللاحق من خلية إلى خلية ونواة تكوين البيضة الملقحة. ثم يدخل البيضة الملقحة الوليدة إلى دورة الخلية الانقسامية ، مما يؤدي إلى ظهور أول برعم ثنائي الصبغيات. ستظهر البيضة الملقحة خلايا على شكل دمبل ، إما مع برعم أو بدونه.

قد تتساءل كيف يتم إنتاج أحادي الصيغة الصبغية في المقام الأول. الجواب بسيط: الانقسام الاختزالي. ربما تعرف بالفعل أنه بعد ازدواجية الكروموسومات الأولية ، الانقسام الاختزالي

خلايا وليدة بها نصف عدد الكروموسومات مثل الخلية الأم. عندما تكون الخميرة في ظروف مرهقة بيئيا ، يحدث شكل من أشكال الانقسام الاختزالي ، يعرف باسم الأبواغ.

أثناء التبوغ ، يتم إنتاج جراثيم أحادية الصيغة الصبغية لكل نوع من أنواع التزاوج ويتم احتواؤها في بنية غشائية صلبة تسمى الأسكوس ، كما هو موضح هنا مع الدوائر الصفراء. عندما تتحسن الظروف البيئية ، يتم إطلاق الجراثيم من الأسك. من هناك ، تتطور أيضا إلى خلايا أحادية الصيغة الصبغية Mat a و Mat alpha وتمر بدورة التكاثر الجنسي مرة أخرى.

الآن بعد أن أصبحت على دراية بتكاثر الخميرة ، دعنا نلقي نظرة ونرى كيف يمكن تطبيق هذه العملية لمزيد من الدراسات.

يعد فهم تكاثر الخميرة جزءا لا يتجزأ من التجارب الجينية ، على سبيل المثال ، توليد سلالات الخميرة ذات الطفرات المتعددة. في هذا الفيديو ، يمكنك رؤية خلط سلالتين أحاديتين مختلفتين ، Mat a و Mat alpha ، على لوحة أجار ، والحضانة اللاحقة للسماح بالتزاوج والتكوين ثنائي الصبغيات. ثم يتم طلاؤها بالنسخة المتماثلة على وسائط انتقائية تسمح فقط بالنمو ثنائي الصبغيات. يمكن بعد ذلك تكاثر ثنائيات الصبغيات في وسط يعاني من نقص المغذيات ، ويتم تشريح الجراثيم أحادية الصيغة الصبغية الناتجة باستخدام معالج دقيق ، وزرعها على صفيحة أجار في نمط مصفوفة. يمكن تأكيد الأنماط الجينية أحادية الصيغة الصبغية عن طريق تفاعل البوليميراز المتسلسل أو النمو على الوسائط الانتقائية.

يمكن أيضا إجراء دراسات الشيخوخة من خلال فحص العمر التكاثري لخلايا الخميرة. العمر التكاثري هو عدد البراعم التي تمر بها الخلية في حياتها. يمكن لخلية خميرة واحدة أن تنتج 30 برعما أو نحو ذلك قبل الموت. هنا ، يمكنك أن ترى أنه يتم استخدام معالج دقيق لفصل الخلية الوليدة عن الخلية الأم من أجل تحليل عمر الخميرة بمرور الوقت. البيانات الأولية التي تنتجها تجربة العمر التكاثري هي قائمة بالأرقام المقابلة للخلايا الوليدة التي تنتجها كل خلية أم في كل نقطة عمرية.

يمكن دراسة تطور مورفولوجيا الخلية كدالة للعمليات الخلوية ، مثل تركيز البروتين ، في الخميرة الناشئة. هنا ترى تحضير الخلايا للنسخ المصغر لتصور عيوب محددة خاصة بالنمط الظاهري. في هذا الفيديو بفاصل زمني ، تتشكل براعم متعددة ، مما يشير إلى أن الخلايا تفشل في الانفصال عن بعضها البعض ، مما يشير إلى وجود خلل في انقسام الخلايا.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لتكاثر خميرة الخميرة. في هذا الفيديو ، تحدثنا عن دورة خلية الخميرة وتطرقنا إلى دورات حياة التكاثر اللاجنسي والجنسي لهذه النوع. شكرا على المشاهدة ، ولا تنس shmoo الخاص بك!