Gist Reproductie

Ondanks dat het een eenvoudige eencellige eukaryoot is, dient Saccharomyces cerevisiae als waardevol modelorganisme omdat de celprocessen, zoals de celcyclus, lijken op die van hogere eukaryoten, zoals wij. In de gistcelcyclus zijn celgroei en celdeling nauw met elkaar verbonden en zijn ze afhankelijk van factoren zoals de nutriëntenconcentratie. Afhankelijk van omgevingssignalen kan gist zich ongeslachtelijk of geslachtelijk voortplanten om nieuwe cellen te produceren. Deze video geeft je een overzicht van de gistcelcyclus en de verschillende vormen van voortplanting in S. cerevisiae.

Laten we snel onze kennis van de celcyclus opfrissen. Er zijn twee hoofdfasen, Interfase, die bestaat uit G1, S en G2 subfasen; en M fase, of Mitose. Zoals je weet, is mitose een belangrijk onderdeel van celdeling, en gist is bijzonder omdat ze asymmetrisch delen via een mechanisme voor ongeslachtelijke voortplanting, bekend als knopvorming.

In de G1 fase committeren cellen zich aan de celcyclus op het "START" punt. Knoppen verschijnen tijdens de S fase en blijven groeien door de rest van de celcyclus, inclusief mitose. Wanneer cytokinese voltooid is, levert ongelijke deling van het cytoplasma een kleinere dochtercel op. Helaas voor de moedercel, zichtbare littekens ontstaan op de plaats van celdeling. Gelukkig voor wetenschappers, echter, fluoresceine labeling van de celwandcomponent chitine stelt onderzoekers in staat om het knopvormingspatroon van een gistcel te onderzoeken en te schatten hoe vaak het zich heeft gedeeld.

Een nieuw gevormde cel zal groeien in de G1 fase, in aanwezigheid van nutriënten, totdat bepaalde condities zijn vervuld en een celcyclus checkpoint, of restrictiepunt genaamd "START" wordt bereikt. Eenmaal dat cellen "START" passeren, zijn ze gecommitteerd aan de rest van de celcyclus en zullen ze zich weer delen. Voordat dit checkpoint wordt bereikt, kunnen gist echter meiose en daaropvolgende geslachtelijke voortplanting ondergaan.

Waarom zou een eencellige eukaryoot zoals gist geslachtelijke voortplanting moeten ondergaan?

Zoals je misschien al hebt geleerd, is geslachtelijke voortplanting een manier om variatie in een populatie van organismen te introduceren, wat overleving bevordert.

Het type gist dat zich voortplanten zijn haploïden, die één kopie van het genoom bevatten, zoals ei- of zaadcellen. Er zijn twee haploïde geslachtstypen, Mat a en Mat alpha, en deze cellen kunnen knopen en zich ongeslachtelijk voortplanten, zoals diploïde gist.

Elk van deze geslachtstypen geeft feromonen af. Mat a geeft de "a factor" af en Mat alpha geeft de "alpha factor" af. De feromonen worden gedetecteerd door de tegengestelde geslachtstypen en veroorzaken dat de haploïde gist van vorm verandert door te verlengen en de schmoo fase in te gaan.

Tijdens deze fase blijven twee haploïden naar elkaar toe groeien totdat ze cel-cel contact bereiken. Vervolgens resulteert cel-cel en kernfusie in de vorming van de zygote. De nieuw gevormde zygote herentreert vervolgens de mitotische celcyclus, wat leidt tot zijn eerste diploïde knop. Zygoten zullen klokvormige cellen vormen, met of zonder knop.

Je vraagt je misschien af hoe haploïden in de eerste plaats worden geproduceerd. Het antwoord is simpel: meiose. Waarschijnlijk weet je dat, na een initiële chromosomale duplicatie, meiose

resulteert in dochtercellen met half het aantal chromosomen als de oudercel. Wanneer gist zich onder omgevingsstressvolle condities bevindt, vindt een vorm van meiose plaats, bekend als sporulatie.

Tijdens sporulatie worden haploïde sporen geproduceerd voor elk geslachtstype en zijn deze opgesloten in een taaie membraanachtige structuur genaamd een ascus, zoals hier aangegeven met gele cirkels. Wanneer de omgevingscondities verbeteren, worden sporen uit de ascus vrijgelaten. Van daaruit ontwikkelen ze zich verder tot Mat a en Mat alpha haploïde cellen en doorlopen het geslachtelijke voortplantingsproces opnieuw.

Nu je vertrouwd bent met gistvoortplanting, laten we eens kijken hoe dit proces kan worden toegepast voor verdere studies.

Het begrijpen van gistvoortplanting is essentieel in genetische experimenten, bijvoorbeeld het genereren van giststammen met meerdere mutaties. In deze video kun je het mengen van twee verschillende haploïde stammen, Mat a en Mat alpha, op een agarplaat zien, en de daaropvolgende incubatie om paring en diploïde vorming mogelijk te maken. Ze worden vervolgens gereproduceerd op selectief medium dat alleen diploïde groei toestaat. De diploïden kunnen vervolgens worden gesporuleerd in voedingsdeficiënt medium, de resulterende haploïde sporen worden gedissecteerd met een micromanipulator en gezaaid op een agarplaat in een matrixpatroon. De haploïde genotypen kunnen worden bevestigd door PCR of groei op selectief medium.

Ouderdomsstudies kunnen ook worden uitgevoerd door de replicatieve levensduur van gistcellen te onderzoeken. De replicatieve levensduur is het aantal knoppen dat een cel doormaakt in zijn leven. Een enkele gistcel kan ongeveer 30 knoppen produceren voordat hij sterft. Hier kun je zien dat een micromanipulator wordt gebruikt om een ​​dochtercel te scheiden van de moedercel om de levensduur van gist in de tijd te analyseren. De ruwe gegevens die worden geproduceerd door een replicatieve levensduurexperiment is een lijst met nummers die overeenkomen met dochtercellen geproduceerd door elke moedercel op elk leeftijdspunt.

De ontwikkeling van celmorfologie als functie van celprocessen, zoals eiwitconcentratie, kan worden bestudeerd in knopgevende gist. Hier zie je de voorbereiding van cellen voor microscopie om specifieke fenotype-specifieke defecten te visualiseren. In deze time-lapse video vormen zich meerdere knoppen, wat aangeeft dat cellen niet van elkaar kunnen scheiden, wat wijst op een defect in celdeling.