3.7: 出芽酵母の繁殖

Saccharomyces cerevisiaeは、単純な単細胞真核生物であるにもかかわらず、細胞周期などの細胞プロセスが私たちのような高次真核生物に見られるものに似ているため、貴重なモデル生物として機能します。 酵母の細胞周期では、細胞の増殖と細胞分裂は密接に関連しており、栄養濃度などの要因に依存しています。環境の手がかりに応じて、酵母は無性生殖または有性生殖を受けて新しい細胞を生成することができます。このビデオでは、酵母の細胞周期と出芽酵母のさまざまな形態の繁殖について概説します。

細胞周期に関する知識を手短にブラッシュアップしましょう。2つの主要なフェーズ、G1、S、およびG2サブフェーズで構成されるInterphaseが存在します。およびM期、または有糸分裂。 ご存知のように、有糸分裂は細胞分裂の重要な要素であり、酵母は出芽として知られる無性生殖のメカニズムを介して非対称に分裂するという点で独特です。

G1期では、細胞は「START」ポイントで細胞周期にコミットします。芽はS期に現れ、有糸分裂を含む細胞周期の残りの部分を通じて成長し続けます。 細胞質分裂が完了すると、細胞質の不均等な分裂により、より小さな娘細胞が生成されます。 母細胞にとって残念なことに、細胞分裂の部位に目に見える瘢痕が発生します。 しかし、科学者にとって幸いなことに、細胞壁成分キチンの蛍光標識により、研究者は酵母細胞の出芽パターンを調べ、それが分裂した回数を推定することができます。

新しく形成された細胞は、特定の条件が満たされ、細胞周期のチェックポイント、または「START」と呼ばれる制限点に達するまで、栄養素の存在下でG1期に成長します。 細胞が「START」を通過すると、細胞は細胞周期の残りの部分にコミットされ、再び分裂します。 しかし、このチェックポイントに到達する前に、酵母は減数分裂とその後の有性生殖を受ける可能性があります。

では、なぜ酵母のような単細胞真核生物が有性生殖を受ける必要があるのでしょうか?

すでにお分かりかもしれませんが、有性生殖は生物の集団に変異を導入する方法であり、生存を促進します。

交配する酵母の種類は一倍体で、卵子や精子細胞のようにゲノムのコピーが1つ含まれています。一倍体の交配には、マットaとマットアルファの2つのタイプがあり、これらの細胞は二倍体酵母のように無性的に発芽して繁殖することができます。

これらの交配タイプはそれぞれフェロモンを放出します。Mat a は "a factor" を、Mat alpha は "alpha factor" をリリースします。フェロモンは反対の交配タイプによって検出され、一倍体酵母が伸びてschmoo相に入ることによって形状を変化させます。

この段階では、2つの半数体が細胞間接触を達成するまで、互いに成長し続ける。その後の細胞間融合および核融合により、接合子が形成されます。その後、新生の受精卵は有糸分裂細胞周期に再び入り、最初の二倍体芽が生じます。受精卵は、つぼみの有無にかかわらず、ダンベル型の細胞に現れます。

そもそも半数体がどのように生成されるのか疑問に思われるかもしれません。 答えは簡単です:減数分裂。最初の染色体重複の後、減数分裂

は、親細胞の半分の染色体数を持つ娘細胞になることをすでにご存知でしょう。 酵母が環境ストレスの多い条件下である場合、胞子形成として知られる一種の減数分裂が起こります。

胞子形成中、一倍体胞子は交配タイプごとに生成され、ここでは黄色の円で示されているように、アスカスと呼ばれる強靭な膜構造に含まれています。環境条件が改善すると、胞子が子嚢から放出されます。そこから、彼らはさらにマットaおよびマットアルファ一倍体細胞に成長し、再び有性生殖サイクルを経ます。

酵母の繁殖に慣れ親しんだところで、このプロセスを今後の研究にどのように適用できるかを見てみましょう。

遺伝子実験では、酵母の繁殖を理解することが不可欠であり、例えば、複数の変異を持つ酵母株の生成などを行っています。 このビデオでは、寒天プレート上で2つの異なる一倍体株(Mat aとMat alpha)を混合し、その後のインキュベーションで交配と二倍体の形成を可能にする様子を見ることができます。 次に、二倍体の成長のみを可能にする選択的な培地にレプリカめっきされます。 次に、二倍体を栄養欠乏培地で胞子形成し、得られた一倍体胞子をマイクロマニピュレータで解剖し、マトリックスパターンで寒天プレートに播種します。 一倍体の遺伝子型は、PCRまたは選択培地での増殖によって確認することができます。

老化研究は、酵母細胞の複製寿命を調べることによっても実施できます。複製寿命とは、細胞が一生のうちに経験する出芽の数です。 1つの酵母細胞は、死ぬ前に30個ほどの芽を作り出すことができます。ここでは、マイクロマニピュレータを使用して母細胞から娘細胞を分離し、酵母の寿命を経時的に分析していることがわかります。複製寿命実験によって生成された生データは、各年齢の時点で各母細胞によって生成された娘細胞に対応する数値のリストです。

タンパク質濃度などの細胞プロセスの関数としての細胞形態の発達は、出芽酵母で研究することができます。ここでは、特定の表現型特異的な欠陥を視覚化するための顕微鏡コピー用の細胞の準備を見ていきます。このタイムラプス動画では、細胞が互いに分離できないことを示す多芽が形成されており、細胞分裂の欠陥が示唆されています。

あなたはちょうどSaccharomyces cerevisiaeの生殖に関するJoVEの紹介を見ました。このビデオでは、酵母の細胞周期について話し、この種の無性生殖と有性生殖のライフサイクルに触れました。見てくれてありがとう、そしてあなたのshmooを忘れないでください!