Nous présentons ici un protocole de base pour l’induction de l’accouplement de P. blakesleeanis .
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Article de méthode
Nous présentons ici un protocole de base pour l’induction de l’accouplement de P. blakesleeanis .
Phycomyces blakesleeanus, un champignon filamenteux de l’embranchement des Mucoromycètes, se distingue par sa remarquable capacité de perception de l’environnement et de réponses adaptatives. Bien que des travaux antérieurs aient montré que les stimuli environnementaux, notamment la gravité, la lumière, l’humidité et la disponibilité des nutriments, influencent sa dynamique de croissance et ses stratégies de reproduction, les mécanismes sous-jacents restent un domaine de recherche. Les signaux environnementaux déclenchent la reproduction sexuée ou asexuée. La reproduction sexuée commence par la signalisation des phéromones, qui déclenche la chimioattraction des hyphes, conduisant finalement à des transitions morphologiques en série culminant dans la formation d’une zygospore.
En laboratoire, les croisements de P. blakesleeanus permettent d’obtenir des mycéliums complémentaires subissant le cycle sexuel à différents stades. Notre travail vise à tester si les signaux environnementaux peuvent déclencher l’accouplement à travers le mycélium de P. blakesleeanus. Les croisements de P. blakesleeanucultivés sur des milieux pauvres en nutriments seront soumis à une gélose limitée en nutriments pour déclencher une réponse sexuelle conforme à la privation en nutriments. Le déclenchement réussi de l’accouplement chez P. blakesleeanus facilitera les études futures qui nécessitent une grande quantité de mycélium à reproduction sexuée à des stades spécifiques. Les résultats de cette recherche permettront d’améliorer notre compréhension de la façon dont les mécanismes de reproduction de P. blakesleeanus sont influencés par les facteurs environnementaux, contribuant ainsi à l’élargissement de la base de connaissances sur la reproduction sexuée des champignons filamenteux.
L’induction de l’accouplement dans les systèmes fongiques dans des conditions de laboratoire a fait progresser la compréhension de la génétique eucaryote, de la biologie cellulaire, de la biologie évolutive et de la biotechnologie. Les champignons dikariens, en particulier les Ascomycètes, présentent les connaissances les plus approfondies sur l’induction de l’accouplement en laboratoire1. Il est intéressant de noter que le premier champignon pour lequel la reproduction sexuée a été proposée, Syzygites megalocarpus, n’est pas membre d’Ascomycota, mais plutôt membre de l’embranchement Mucoromycota2. L’embranchement des Mucoromycota est un groupe à divergence précoce, autrefois classé comme « Zygomycota », mais maintenant considéré comme frère des lignées Dikaryan 3,4. Les Mucoromycota, ainsi que les Zoopagomycota, sont importants sur le plan évolutif car ces embranchements représentent la transition des champignons vers les écosystèmes terrestres 4,5. Comme d’autres champignons, les Mucoromycètes utilisent des stratégies de reproduction asexuée et sexuée en réponse à leur environnement 3,6. Dans des conditions limitées en nutriments, les mucoromycètes commenceront le cycle sexuel6. Les mucoromycètes présentent des mécanismes d’accouplement homothalliques et hétérothalliques, où la compatibilité est déterminée par les gènes de type d’accouplement sexM et sexP, désignés respectivement par (-) et (+) 7,8,9.
Blakeslee10 a souligné la sensibilité du cycle sexuel des mucoromycètes aux conditions externes, notant que l’humidité est essentielle à leur formation et que la disponibilité des nutriments dans le substrat joue un rôle important. Les types d’accouplement complémentaires commencent le cycle sexuel par synthèse coopérative d’acides trisporiques (AT) en utilisant le bêta-carotène comme précurseur 11,12,13. Suite à la détection de l’AT, les hyphes végétatifs répondants s’épaississent et deviennent des zygophores très ramifiés 14,15,16. Les zygophores continuent la production de TA et se chimioattirent mutuellement. Chez P. blakesleeanus, les zygophores se différencient à l’intérieur du substrat et ne sont pas facilement visibles sur les milieux gélés solides17. Au contact, les zygophores s’entrelacent et deviennent des zygophores aériens.
Au fur et à mesure que le cycle sexuel se poursuit, les extrémités des zygophores s’attachent et le milieu des cellules s’étend pour former une structure en forme d’anneau avec un gonflement coralloïde à la base, complétant la transition vers le progametangium. Les extrémités des cellules formant le progametangium commencent à fusionner et à se développer dans le gamétangium. Au stade de gametangia, les zygophores présentent une ornementation semblable à celle d’épines. La paroi cellulaire aux extrémités se dissout et des septa adventifs apparaissent, délimitant la zone où les zygospores vont se former, et les zygophores agissent comme des suspenseurs comme des pinces18. La zygospore se pigmente à mesure que sa paroi cellulaire s’épaissit et qu’elle acquiert une ornementation supplémentaire semblable à une épine17,18. Une fois formée, la zygospore entrera dans une période de dormance avant de redémarrer le cycle de croissance.
Phycomyces blakesleeanus est un mucoromycète hétérothallique connu pour ses grandes cellules et ses sporangiophores sensibles à l’environnement 6,8,18. Cet organisme est facilement cultivé en laboratoire et les parties du cycle sexuel menant à la formation de zygospores peuvent être observées en l’espace de 8 à 10 jours. En tant que modèle, P. blakesleeanus a été examiné pour sa capacité à détecter la lumière dans son environnement17,19. La facilité de culture et la capacité d’induire l’accouplement en ont également fait un modèle idéal pour étudier le mécanisme derrière sa capacité à percevoir la lumière20 ; Ces résultats ont également mis en évidence la conservation évolutive des mécanismes de détection de la lumière chez les champignons. Chez P. blakesleeanus, il a été démontré que la lumière inhibe la reproduction sexuée via ces protéines photosensibles conservées21. Des études récentes sur le développement évolutif ont cherché à comprendre quels gènes contribuent à la différenciation cellulaire au cours du cycle sexuel6 de P. blakesleeanis. La corrélation de la morphogenèse avec des gènes spécifiques nécessiterait qu’une quantité suffisante de tissus des mêmes types de cellules soit isolée pour effectuer des études d’expression génique.
Bien que des protocoles aient déjà été décrits pour induire l’accouplement de P. blakesleeanus en laboratoire, certains ne mentionnent que le type de milieu à utiliser et les souches pertinentes18. Certaines descriptions de protocole n’incluent pas de formulation de milieu spécifique, mais décrivent où positionner les types d’accouplement complémentaires présumés sur une planche10. Des protocoles plus récents permettent d’augmenter la production de zygospores en mélangeant les spores de chaque type d’accouplement et en les inoculant avec la suspension de spores mixtes21, soit en plaçant les types d’accouplement à une certaine distance et en laissant la culture incuber pendant 20 jours22. Ces approches sont utiles pour générer un grand nombre de cellules différenciées, en particulier des zygospores, mais peuvent ne pas convenir pour observer un cours temporel du développement ou sélectionner des structures sexuées qui se forment avant les zygospores pour la transcriptomique unicellulaire. D’autres travaux ont abordé ce problème en plaçant des types d’accouplement complémentaires à distance sur des milieux solides pour permettre l’observation de transitions morphologiques en série au début du cycle sexuel 6,22,23. Comme c’est le cas pour d’autres champignons, le mycélium de P. blakesleeanus s’étend radialement24,25. Par conséquent, lorsque des types d’accouplement complémentaires sont cultivés sur la même plaque, différentes parties de leur mycélium entreront en contact à des moments différents. Étant donné que le contact entre les mycéliums est l’une des premières étapes du cycle sexuel de P. blakesleenus, cela signifie que différentes parties du mycélium en interaction se trouveront à différents stades du cycle sexuel. Cette asynchronie pourrait avoir un impact sur le résultat d’une étude d’expression génique, de sorte que si les types de cellules différenciés sont mélangés et s’ils ont des programmes d’expression génique distincts, il serait difficile d’attribuer le rôle d’un gène à une structure particulière.
En plus de la valeur de P. blakesleeanus en tant que modèle pour l’examen des gènes impliqués dans la morphogenèse au cours du cycle sexuel, sa croissance vigoureuse et sa capacité à se différencier en l’espace de quelques jours en font un champignon idéal pour la formation des étudiants intéressés par les champignons filamenteux à divergence précoce et pour une utilisation dans une salle de classe de premier cycle pour en apprendre davantage sur la diversité des champignons et leurs processus de développement. Le protocole présenté ici utilise trois concentrations de deux types de milieux différents pour démontrer l’effet de la disponibilité des nutriments sur l’apparence du mycélium, l’induction de l’accouplement et l’enrichissement de structures sexuelles particulières, soit pour la quantification, l’observation ou la transcriptomique potentielle d’une cellule unique.
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1. Préparation des supports
2. Préparation des spores ou des tissus fongiques
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À la suite d’un croisement à 4 voies, le taux de croissance de chaque souche variait légèrement, déterminé par le changement de surface du mycélium (figure 2). Bien qu’il ne soit pas statistiquement significatif, le NRRL 1555 présentait un changement de surface plus rapide lorsqu’il était plaqué sur 25 % de CMA, 25 % de PDA ou 100 % de PDA. De même, la variété NRRL 1465 présentait une variation de superficie plus importante lorsqu’elle était cultivée avec 50 % de PDA ou de CMA. La lignée NRR...
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Un protocole simple pour induire la reproduction sexuée chez P. blakesleeanus en laboratoire est présenté ici. L’une des considérations les plus critiques pour ce protocole est la limitation des nutriments. On suppose que les champignons ont coopté la reproduction sexuée en réponse à des conditions environnementales difficiles telles que la limitation des nutriments 6,28,29,30,31,32.
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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.
Nous tenons à remercier le comité exécutif des sciences naturelles du Colorado College, le département de biologie et d’écologie des organismes et le Fonds de la famille Hevey pour la recherche étudiante pour le financement de ce travail. Nous exprimons également notre gratitude à Alice Keller et Tia Hutchens pour leur soutien technique.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Poudre d’agar | ThermoFisher | 3453PK | |
| chloramphénicol | FisherSci | BP904-100 | |
| Gélose à la semoule de maïs | Carolina | 742460 | |
| Panorama Stitcher | Apple App Store | ||
| Phycomyces blakesleeanus (-) NRRL 1555 | Département de l’agriculture des États-Unis - Service de recherche agricole | 1555 | USDA-ARS n’expédiera qu’aux chercheurs universitaires ; voir ci-dessous pour les alternatives |
| Phycomyces blakesleeanus (-) NRRL 1564 | Département de l’agriculture des États-Unis - Service de recherche agricole | 1564 | USDA-ARS n’expédiera qu’aux chercheurs universitaires ; voir ci-dessous pour les alternatives |
| Phycomyces blakesleeanus (-) Tube Culture | Carolina Biological Supply | 156183 | Culture de niveau éducatif disponible à l’achat ; NRRL 1555 |
| Phycomyces blakesleeanus (+) NRRL 1554 | Département de l’Agriculture des États-Unis - Service de recherche agricole | 1554 | USDA-ARS n’expédiera qu’aux chercheurs universitaires ; voir ci-dessous pour les alternatives |
| Phycomyces blakesleeanus (+) NRRL 1565 | Département de l’agriculture des États-Unis - Service de recherche agricole | 1565 | L’USDA-ARS n’expédiera qu’aux chercheurs universitaires ; voir ci-dessous pour les alternatives |
| Phycomyces blakesleeanus (+) Tube Culture | Carolina | 156182 | Culture de niveau éducatif disponible à l’achat ; NRRL 1554 |
| Gélose au dextrose de pomme de terre | FisherSci | DF0013-17-6 | |
| Mini centrifugeuse Sprout Plus | Heathrow Scientific | SKU 120610 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P6585-10ML |
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