כאן אנו מציגים פרוטוקול בסיסי לאינדוקציה של הזדווגות P. blakesleeanus .
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן אנו מציגים פרוטוקול בסיסי לאינדוקציה של הזדווגות P. blakesleeanus .
Phycomyces blakesleeanus, פטרייה חוטית בתוך פילום Mucoromycota, נבדלת ביכולתה המדהימה לתפיסה סביבתית ותגובות אדפטיביות. בעוד שעבודות קודמות הראו כי גירויים סביבתיים, כולל כוח משיכה, אור, לחות וזמינות חומרים מזינים, משפיעים על דינמיקת הצמיחה ואסטרטגיות הרבייה שלו, המנגנונים הבסיסיים נותרו תחום מחקר מרכזי. רמזים סביבתיים מעוררים רבייה מינית או א-מינית. רבייה מינית מתחילה באיתות פרומון, המעורר משיכה כימית היפאלית, ובסופו של דבר מוביל למעברים מורפולוגיים סדרתיים שמגיעים לשיאם בהיווצרות זיגוספור.
בסביבת מעבדה, הכלאות של P. blakesleeanus גורמות לתפטיר משלים לעבור את המחזור המיני בשלבים שונים. מטרת העבודה שלנו היא לבדוק אם רמזים סביבתיים יכולים לעורר הזדווגות על פני התפטיר של P. blakesleeanus. הכלאות של P. blakesleeanuהגדלות על מדיה מוגבלת בחומרים מזינים יהיו חשופות לאגר מוגבל בחומרים מזינים כדי לעורר תגובה מינית בהתאם למחסור בחומרים מזינים. הפעלה מוצלחת של הזדווגות ב-P. blakesleeanus תקל על מחקרים עתידיים הדורשים כמות גדולה של תפטירים המתרבים מינית בשלבים ספציפיים. תוצאות מחקר זה ישפרו עוד יותר את הבנתנו כיצד מנגנוני הרבייה של P. blakesleeanus מושפעים מגורמים סביבתיים, ויתרמו לבסיס הידע הרחב יותר על רבייה מינית של פטריות חוטיות.
השראת הזדווגות במערכות פטרייתיות בתנאי מעבדה קידמה את ההבנה של גנטיקה אאוקריוטית, ביולוגיה של התא, ביולוגיה אבולוציונית וביוטכנולוגיה. פטריות הדיקריאניות, במיוחד ה-Ascomycota, מציגות את הידע הנרחב ביותר על אינדוקציה של הזדווגות בסביבת מעבדה1. מעניין שהפטרייה הראשונה שבה הוצעה רבייה מינית, Syzygites megalocarpus, אינה חברה ב-Ascomycota, אלא חברה בפילום Mucoromycota2. הפילום Mucoromycota היא קבוצה מוקדמת שסווגה בעבר כ-"Zygomycota" אך נחשבת כיום לאחות לשושלות דיקריות 3,4. ה-Mucoromycota, יחד עם Zoopagomycota, הם בעלי משמעות אבולוציונית מכיוון שפילות אלה מייצגות את המעבר של פטריות למערכות אקולוגיות יבשתיות 4,5. כמו פטריות אחרות, ה-Mucoromycetes משתמשים באסטרטגיות רבייה א-מיניות ומיניות בתגובה לסביבתם 3,6. בתנאים מוגבלים בחומרים מזינים, מוקורומיצטים יתחילו את המחזור המיני6. מוקורומיצטים מציגים מנגנוני הזדווגות הומוטליים והטרוטליים כאחד, כאשר התאימות נקבעת על ידי הגנים מסוג ההזדווגות sexM ו-sexP, המסומנים כ-(-) ו-(+) בהתאמה 7,8,9.
Blakeslee10 הדגיש את הרגישות של המחזור המיני של mucoromycete לתנאים חיצוניים, וציין כי לחות היא קריטית להיווצרותם וכי זמינות החומרים המזינים במצע ממלאת תפקיד משמעותי. סוגי הזדווגות משלימים מתחילים את המחזור המיני באמצעות סינתזה שיתופית של חומצות טריספוריות (TA) תוך שימוש בבטא-קרוטן כקודמן 11,12,13. לאחר גילוי TA, הקורים הצמחיים המגיבים מתעבים והופכים לזיגופורים מסועפים מאוד 14,15,16. הזיגופורים ממשיכים לייצר TA ומשיכה כימית הדדית. ב-P. blakesleeanus, זיגופורים מתמיינים בתוך המצע ואינם נראים בקלות על מצע אגר מוצק17. ביצירת מגע, הזיגופורים משתלבים זה בזה והופכים לזיגופורים אוויריים.
ככל שהמחזור המיני נמשך, קצות הזיגופורים מתחברים, ומרכז התאים נדחף החוצה ליצירת מבנה דמוי טבעת עם נפיחות אלמוגית בבסיס, ומשלימה את המעבר לפרוגמטנגיום. קצות התאים היוצרים את הפרוגמטנגיום מתחילים להתמזג ולהתפתח לגמטנגיום. בשלב הגמטנגיה, הזיגופורים מציגים קישוטים דמויי קוצים. דופן התא בקצוות מתמוססת ומופיעות מחיצות הרפתקניות, התוחמות את האזור שבו ייווצר הזיגוספור, והזיגופורים פועלים כמתלים דמויי מלקחיים18. הזיגוספור יהפוך לפיגמנטי ככל שדופן התא שלו מתעבה והוא מקבל קישוט נוסף דמוי קוץ17,18. לאחר היווצרותו, הזיגוספור ייכנס לתקופה של תרדמה לפני שיתחיל מחדש את מחזור הגדילה.
Phycomyces blakesleeanus הוא רירית הטרותאלית הבולטת בתאים הגדולים שלה ובספורנגיופורים המגיבים לסביבה 6,8,18. אורגניזם זה מעובד בקלות במעבדה וניתן לראות את חלקי המחזור המיני המובילים להיווצרות זיגוספורים בטווח של 8-10 ימים. כמודל, P. blakesleeanus נבדק על יכולתו לחוש אור בסביבתו17,19. קלות הטיפוח והיכולת לגרום להזדווגות הפכו אותו גם למודל אידיאלי לחקר המנגנון שמאחורי יכולתו לקלוט אור20; ממצאים אלה הדגישו גם את השימור האבולוציוני של מנגנוני חישת אור בפטריות. ב-P. blakesleeanus, הוכח כי האור מעכב רבייה מינית באמצעות חלבוני חישת אור משומריםאלה 21. מחקרים התפתחותיים אבולוציוניים אחרונים ביקשו להבין אילו גנים תורמים להתמיינות תאים במהלך המחזור המיני P. blakesleeanus 6. מתאם מורפוגנזה לגנים ספציפיים ידרוש בידוד מספיק רקמה מאותם סוגי תאים לביצוע מחקרי ביטוי גנים.
בעוד שפרוטוקולים להשראת הזדווגות של P. blakesleeanus בסביבת מעבדה תוארו בעבר, חלקם מזכירים רק את סוג המדיום לשימוש ואת הזנים הרלוונטיים18. חלק מתיאורי הפרוטוקול אינם כוללים ניסוח מדיה ספציפי אך מתארים היכן למקם סוגי הזדווגות משלימים משוערים על לוח10. פרוטוקולים עדכניים יותר מאפשרים ייצור מוגבר של זיגוספורים על ידי ערבוב נבגים מכל סוג הזדווגות וחיסון בתרחיף נבגים מעורב21 או על ידי הצבת סוגי הזדווגות במרחק מה זה מזה ומתן אפשרות לתרבית לדגור במשך 20 יום22. גישות אלו שימושיות ליצירת תאים ממוינים בשפע, במיוחד זיגוספורים, אך ייתכן שלא יתאימו לתצפית על מהלך זמן התפתחותי או לבחירת מבנים מיניים הנוצרים לפני זיגוספורים עבור טרנסקריפטומיקה של תא בודד. עבודות אחרות התייחסו לכך על ידי הצבת סוגי הזדווגות משלימים במרחק זה מזה על מצע מוצק כדי לאפשר תצפית על מעברים מורפולוגיים סדרתיים עם תחילת המחזור המיני 6,22,23. כמו במקרה של פטריות אחרות, תפטיר P. blakesleeanus מתרחב רדיאלית24,25. לכן, כאשר מגדלים סוגי הזדווגות משלימים על אותה צלחת, חלקים שונים של התפטיר שלהם יבואו במגע בזמנים שונים. מכיוון שמגע בין תפטירים הוא אחד הצעדים הראשונים במחזור המיני של P. blakesleeanus, המשמעות היא שחלקים שונים של תפטיר אינטראקציה יהיו בשלבים שונים במחזור המין. אסינכרוני זה יכול להשפיע על התוצאה של מחקר ביטוי גנים, כך שאם סוגי תאים מובחנים מעורבבים ואם יש להם תוכניות ביטוי גנים מובהקות, יהיה קשה לייחס את תפקידו של גן למבנה מסוים אחד.
בנוסף לערכו של P. blakesleeanus כמודל לבחינת גנים המעורבים במורפוגנזה במהלך המחזור המיני, צמיחתו הנמרצת ויכולתו להתמיין בטווח של מספר ימים הופכים אותו לפטרייה אידיאלית להכשרת סטודנטים המעוניינים בפטריות חוטיות מתפצלות מוקדמות ולשימוש במסגרת כיתה לתואר ראשון כדי ללמוד על מגוון הפטריות ותהליכי ההתפתחות שלהן. הפרוטוקול המוצג כאן עושה שימוש בשלושה ריכוזים של שני סוגים שונים של מדיה כדי להדגים את ההשפעה של זמינות חומרים מזינים על מראה התפטיר, השראת הזדווגות והעשרה למבנים מיניים מסוימים, בין אם לכימות או תצפית או טרנסקריפטומיקה פוטנציאלית של תא בודד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת מדיה
2. הכנת נבגים פטרייתיים או רקמות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לאחר הכלאה של 4 כיוונים, כל זן השתנה מעט בקצב הגדילה שלו כפי שנקבע על ידי השינוי בשטח התפטיר (איור 2). למרות שלא היה מובהק סטטיסטית, ל-NRRL 1555 היה שינוי מהיר יותר בשטח כאשר הוא מצופה על 25% CMA, 25% PDA או 100% PDA. באופן דומה, ל-NRRL 1465 היה שינוי גבוה יותר בשטח כאשר גדל על 50% PDA או CMA. ל-NRRL 1464 הייתה העלייה המהירה ביותר בשטח כאשר גדל על 100% CMA. לאחר 24 שעות (1 DPI), זנים הגדלים על PDA נראו צהובים יותר ביחס לזנים שגדלו על CMA (איור 3)-PDA הוכח בעבר כ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול פשוט להשראת רבייה מינית ב-P. blakesleeanus בתנאי מעבדה מוצג כאן. אחד השיקולים הקריטיים ביותר לפרוטוקול זה הוא הגבלת חומרים מזינים. ההשערה היא שפטריות בחרו ברבייה מינית כתגובה לתנאים סביבתיים קשים כגון הגבלת חומרים מזינים 6,28,29,30,31,32. שינוי רמת החומרים המזינים יכול להודי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים להצהיר עליהם.
אנו רוצים להודות לוועד המנהל של מדעי הטבע של קולורדו קולג', למחלקה לביולוגיה ואקולוגיה של אורגניזמים ולקרן משפחת Hevey למחקר סטודנטים על מימון העבודה הזו. אנו גם מודים לאליס קלר וטיה האצ'נס על התמיכה הטכנית שלהן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אבקת אגר | ThermoFisher | 3453PK | |
| chloramphenicol | FisherSci | BP904-100 | |
| אגר קמח תירס | קרולינה | 742460 | |
| Panorama Stitcher | Apple App Store | ||
| Phycomyces blakesleeanus (-) NRRL 1555 | משרד החקלאות של ארצות הברית - שירות מחקר חקלאי | 1555 | USDA-ARS יישלח רק לחוקרים אקדמיים; ראה להלן חלופות |
| Phycomyces blakesleeanus (-) NRRL 1564 | משרד החקלאות של ארצות הברית - שירות המחקר החקלאי | 1564 | USDA-ARS ישלח רק לחוקרים אקדמיים; ראה להלן חלופות |
| Phycomyces blakesleeanus (-) Tube Culture | Carolina Biological Supply 156183 | תרבות ברמת חינוך זמינה לרכישה; NRRL 1555 | |
| Phycomyces blakesleeanus (+) NRRL 1554 | משרד החקלאות של ארצות הברית - שירות המחקר החקלאי | 1554 | USDA-ARS ישלח רק לחוקרים אקדמיים; ראה להלן חלופות |
| Phycomyces blakesleeanus (+) NRRL 1565 | משרד החקלאות של ארצות הברית - שירות המחקר החקלאי | 1565 | USDA-ARS ישלח רק לחוקרים אקדמיים; ראה להלן חלופות |
| Phycomyces blakesleeanus (+) תרבות צינורות | קרולינה | 156182 | תרבות חינוך זמינה לרכישה; NRRL 1554 |
| תפוחי אדמה דקסטרוז אגר | FisherSci | DF0013-17-6 | |
| נבט פלוס מיני צנטריפוגה | הית'רו סיינטיפיק | מק"ט 120610 | |
| טווין 20 | סיגמא-אולדריץ' | P6585-10 מ"ל |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.