نقدم هنا بروتوكولا أساسيا لتحريض P. blakesleeanus التزاوج.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
نقدم هنا بروتوكولا أساسيا لتحريض P. blakesleeanus التزاوج.
تتميز Phycomyces blakesleeanus ، وهي فطر خيطي داخل شعبة Mucoromycota ، بقدرتها الرائعة على الإدراك البيئي والاستجابات التكيفية. في حين أن العمل السابق أظهر أن المحفزات البيئية ، بما في ذلك الجاذبية والضوء والرطوبة وتوافر المغذيات ، تؤثر على ديناميكيات نموها واستراتيجياتها الإنجابية ، تظل الآليات الأساسية مجالا محوريا للبحث. تؤدي الإشارات البيئية إلى التكاثر الجنسي أو اللاجنسي. يبدأ التكاثر الجنسي بإشارات الفرمون ، مما يؤدي إلى الجذب الكيميائي للخيوط ، مما يؤدي في النهاية إلى تحولات مورفولوجية متسلسلة تبلغ ذروتها في تكوين زيجوبور.
في بيئة معملية ، تداخل P. blakesleeanus تؤدي إلى خضوع الفطريات التكميلية للدورة الجنسية في مراحل مختلفة. يهدف عملنا إلى اختبار ما إذا كانت الإشارات البيئية يمكن أن تؤدي إلى التزاوج عبر فطريات P. blakesleeanus. ستخضع تهجينات P. blakesleeanuالمزروعة على وسائط محدودة المغذيات لأجار محدود المغذيات لتحفيز استجابة جنسية وفقا للحرمان من المغذيات. التحفيز الناجح للتزاوج في P. blakesleeanus سيسهل الدراسات المستقبلية التي تتطلب كمية كبيرة من الفطريات المتكاثرة جنسيا في مراحل محددة. ستعزز نتيجة هذا البحث فهمنا لكيفية تأثر الآليات التناسلية P. blakesleeanus بالعوامل البيئية ، مما يساهم في قاعدة المعرفة الأوسع حول التكاثر الجنسي للفطريات الخيطية.
أدى تحريض التزاوج في الأنظمة الفطرية في الظروف المختبرية إلى تطوير فهم علم الوراثة حقيقيات النواة ، وبيولوجيا الخلية ، وعلم الأحياء التطوري ، والتكنولوجيا الحيوية. تتميز فطريات الديكاريان ، ولا سيما Ascomycota ، بالمعرفة الأكثر شمولا حول تحريض التزاوج في بيئة معملية1. ومن المثير للاهتمام ، أن الفطريات الأولى التي تم فيها اقتراح التكاثر الجنسي ، Syzygites megalocarpus ، ليست عضوا في Ascomycota ، بل هي عضو في شعبة Mucoromycota2. شعبة Mucoromycota هي مجموعة متباينة مبكرا تصنف سابقا باسم "Zygomycota" ولكنها تعتبر الآن أخت سلالات ديكاريان3،4. تعتبر Mucoromycota ، جنبا إلى جنب مع Zoopagomycota ، ذات أهمية تطورية لأن هذه الشعب تمثل انتقال الفطريات إلى النظم البيئية الأرضية4،5. مثل الفطريات الأخرى ، تستخدم الفطريات الغدمية استراتيجيات الإنجاب اللاجنسية والجنسية استجابة لبيئتها3،6. في ظل ظروف محدودة المغذيات ، ستبدأ الفطريات المخاطية الدورة الجنسية6. تظهر خميات الغشاء المخاطي آليات التزاوج المتجانسة وغير المتجانسة ، حيث يتم تحديد التوافق من خلال الجينات من نوع التزاوج sexM و sexP ، المعينة على أنها (-) و (+) على التوالي7،8،9.
أكد Blakeslee10 على حساسية الدورة الجنسية للخميات المخاطية للظروف الخارجية ، مشيرا إلى أن الرطوبة أمر بالغ الأهمية لتكوينها وأن توافر المغذيات في الركيزة يلعب دورا مهما. تبدأ أنواع التزاوج التكميلية الدورة الجنسية من خلال التخليق التعاوني لأحماض التريكسبوريك (TA) باستخدام بيتا كاروتين كمقدمة11،12،13. بعد اكتشاف TA ، تتكاثف الخيوط الخضرية المستجيبة وتصبح zygophores شديدة التفرع14،15،16. تستمر zygophores في إنتاج TA والجذب الكيميائي المتبادل. في P. blakesleeanus ، تتمايز البيضة الملقحة داخل الركيزة ولا يمكن رؤيتها بسهولة على وسائط الأجار الصلبة17. عند الاتصال ، تتشابك zygophores وتصبح zygophores هوائية.
مع استمرار الدورة الجنسية ، ترتبط أطراف الزيجوفورات ، ويدفع منتصف الخلايا للخارج لتشكيل بنية تشبه الحلقة مع تورم المرجان في القاعدة ، مما يكمل الانتقال إلى البروجامتانغوم. تبدأ أطراف الخلايا المكونة للبروجامتانجيوم في الاندماج والتطور إلى gametangium. في مرحلة gametangia ، تعرض zygophores زخرفة تشبه الشوكة. يذوب جدار الخلية عند الأطراف وتظهر حواجز عرضية ، تحدد المنطقة التي سيتشكل فيها الأبوغ البيضي ، وتعمل الزيجوفورات كمعلقات تشبه الملقط18. سيصبح الزيجوبوغ مصطبغة مع سماكة جدار الخلية ويكتسب زخرفة إضافية تشبه الشوكة17،18. بمجرد تشكيله ، سيدخل الأبواغ الملقحة فترة سكون قبل إعادة بدء دورة النمو.
Phycomyces blakesleeanus هو خم الغشاء المخاطي غير المتجانس يتميز بخلاياه الكبيرة والخلايا البوغية المستجيبةبيئيا 6،8،18. يزرع هذا الكائن الحي بسهولة في المختبر ويمكن ملاحظة أجزاء من الدورة الجنسية التي تؤدي إلى تكوين الأبواغ الملقحة في غضون 8-10 أيام. كنموذج ، P. blakesleeanus تم فحصه لقدرته على استشعار الضوء في بيئته17،19. كما أن سهولة الزراعة والقدرة على تحفيز التزاوج جعلته نموذجا مثاليا لدراسة الآلية الكامنة وراء قدرته على إدراك الضوء20. سلطت هذه النتائج الضوء أيضا على الحفظ التطوري لآليات استشعار الضوء في الفطريات. في P. blakesleeanus ، ثبت أن الضوء يمنع التكاثر الجنسي عبر هذه البروتينات المحفوظة المستشعرةللضوء 21. سعت الدراسات التنموية التطورية الحديثة إلى فهم الجينات التي تساهم في تمايز الخلايا خلال P. blakesleeanus الدورة الجنسية6. يتطلب ربط التشكل بجينات معينة عزل أنسجة كافية من نفس أنواع الخلايا لإجراء دراسات التعبير الجيني.
في حين أن بروتوكولات إحداث تزاوج P. blakesleeanus في بيئة معملية قد تم وصفها سابقا ، فإن البعض يذكر فقط نوع الوسيط المراد استخدامه والسلالات ذات الصلة18. لا تتضمن بعض أوصاف البروتوكول صياغة وسائط محددة ولكنها تصف مكان وضع أنواع التزاوج التكميلية المفترضة على اللوحة10. تسمح البروتوكولات الحديثة بزيادة إنتاج الأبواغ الملقحة إما عن طريق خلط الجراثيم من كل نوع من أنواع التزاوج والتلقيح بمعلق الأبواغ المختلط21 أو عن طريق وضع أنواع التزاوج على مسافة من بينها وترك الثقافة تحتضن لمدة 20 يوما22. هذه الأساليب مفيدة لتوليد خلايا متمايزة وافرة ، وتحديدا الأبواغ الملقحة ، ولكنها قد لا تكون مناسبة لمراقبة مسار زمني للنمو أو اختيار الهياكل الجنسية التي تتشكل قبل الأبواغ الملقحة لنسخ الخلية الواحدة. عالج عمل آخر هذا من خلال وضع أنواع التزاوج التكميلية على مسافة متباعدة على وسائط صلبة للسماح بملاحظة التحولات المورفولوجية التسلسلية مع بدء الدورة الجنسية6،22،23. كما هو الحال مع الفطريات الأخرى ، P. blakesleeanus الفطريات تتوسع شعاعيا24,25. لذلك ، عندما تزرع أنواع التزاوج التكميلية على نفس الطبق ، تتلامس أجزاء مختلفة من الفطريات في أوقات مختلفة. نظرا لأن الاتصال بين الفطريات هو من بين الخطوات الأولى في الدورة الجنسية P. blakesleeanus ، فهذا يعني أن أجزاء مختلفة من الفطريات المتفاعلة ستكون في مراحل مختلفة من الدورة الجنسية. يمكن أن يؤثر هذا التباين المتزامن على نتيجة دراسة التعبير الجيني ، بحيث إذا تم خلط أنواع الخلايا المتمايزة وإذا كان لديها برامج تعبير جيني مميزة ، فسيكون من الصعب عزو دور الجين إلى بنية معينة واحدة.
بالإضافة إلى قيمة P. blakesleeanus كنموذج لفحص الجينات المشاركة في التشكل أثناء الدورة الجنسية ، فإن نموه القوي وقدرته على التمايز في غضون أيام قليلة يجعله فطرا مثاليا لتدريب الطلاب المهتمين بالفطريات الخيطية المتباينة المبكرة ولاستخدامها في بيئة الفصل الدراسي الجامعي للتعرف على تنوع الفطريات وعملياتها التنموية. يستخدم البروتوكول المقدم هنا ثلاثة تركيزات من نوعين مختلفين من الوسائط لإثبات تأثير توافر المغذيات على مظهر الفطريات ، وتحريض التزاوج ، والإثراء لهياكل جنسية معينة ، إما للقياس الكمي أو الملاحظة أو النسخ المحتملة أحادية الخلية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. إعداد وسائل الإعلام
2. تحضير الجراثيم الفطرية أو الأنسجة
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
بعد تقاطع رباعي الاتجاهات ، اختلفت كل سلالة قليلا في معدل نموها كما هو محدد من خلال التغير في مساحة الفطريات (الشكل 2). على الرغم من عدم وجود دلالة إحصائية ، إلا أن NRRL 1555 كان لديه تغيير أسرع في المساحة عند طلاءه بنسبة 25٪ CMA أو 25٪ PDA أو 100٪ PDA. وبالمثل ، كان لدى NRRL 1465 تغيير أعلى في المساحة عند نموه على 50٪ PDA أو CMA. كان لدى NRRL 1464 أسرع زيادة في المساحة عند نموها على CMA بنسبة 100٪. بعد 24 ساعة (1 نقطة في البوصة) ، بدت السلالات التي تنمو على المساعد الرقمي الشخصي أكثر صفراء ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
بروتوكول بسيط للحث على التكاثر الجنسي في P. blakesleeanus في بيئة معملية يتم تقديمه هنا. أحد أهم الاعتبارات لهذا البروتوكول هو الحد من المغذيات. من المفترض أن الفطريات اختارت التكاثر الجنسي كرد فعل على الظروف البيئية القاسية مثل الحد من المغذيات6،28،29،30،31،32. يمكن أن يؤدي تغيير مس...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
نود أن نشكر اللجنة التنفيذية للعلوم الطبيعية في كلية كولورادو ، وقسم علم الأحياء والبيئة العضوية ، وصندوق عائلة هيفي لأبحاث الطلاب لتمويل هذا العمل. كما نعرب عن امتناننا لأليس كيلر وتيا هاتشنز على دعمهما الفني.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| مسحوق أجار | ThermoFisher | 3453PK | |
| كلورامفينيكول | FisherSci | BP904-100 | |
| أجار دقيق الذرة | كارولينا | 742460 | |
| بانوراما خياطة | متجر تطبيقات أبل | ||
| Phycomyces blakesleeanus< / em> (-) NRRL 1555 | وزارة الزراعة الأمريكية - خدمة البحوث الزراعية | 1555 | USDA-ARS سوف يتم شحنها فقط إلى الباحثين الأكاديميين; انظر أدناه للحصول على بدائل |
| Phycomyces blakesleeanus (-) NRRL 1564 | وزارة الزراعة الأمريكية - خدمة البحوث الزراعية | 1564 | USDA-ARS سوف تشحن فقط إلى الباحثين الأكاديميين; انظر أدناه للحصول على بدائل |
| Phycomyces blakesleeanus (-) ثقافة الأنبوب | كارولينا الإمداد البيولوجي | 156183 | ثقافة الدرجة التعليمية متاحة للشراء. NRRL 1555 |
| Phycomyces blakesleeanus< / em> (+) NRRL 1554 | وزارة الزراعة الأمريكية - خدمة البحوث الزراعية | 1554 | USDA-ARS سيتم شحنها فقط إلى الباحثين الأكاديميين ؛ انظر أدناه للحصول على بدائل |
| Phycomyces blakesleeanus< / em> (+) NRRL 1565 | وزارة الزراعة الأمريكية - خدمة البحوث الزراعية | 1565 | سيتم شحن USDA-ARS فقط للباحثين الأكاديميين. انظر أدناه للحصول على بدائل |
| Phycomyces blakesleeanus< / em> (+) ثقافة الأنبوب | كارولينا | 156182 | ثقافة التعليم متاحة للشراء ؛ NRRL 1554 |
| بطاطس سكر العنب أجار | فيشرSci | DF0013-17-6 | |
| سبروت بلس ميني جهاز طرد مركزي | هيثرو ساينتفيك | SKU 120610 | |
| توين 20 | سيجما ألدريتش | P6585-10ML |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.