Rozmnażanie drożdży

Pomimo tego, że jest prostym, jednokomórkowym eukariontem, Saccharomyces cerevisiae służy jako cenny organizm modelowy, ponieważ jego procesy komórkowe, takie jak cykl komórkowy, przypominają te występujące u eukariontów wyższego rzędu, takich jak my. W cyklu komórkowym drożdży wzrost i podział komórek są ściśle powiązane i zależą od takich czynników, jak stężenie składników odżywczych. W zależności od sygnałów środowiskowych drożdże mogą ulegać rozmnażaniu bezpłciowemu lub płciowemu w celu wytworzenia nowych komórek. Ten film zawiera przegląd cyklu komórkowego drożdży i różnych form rozmnażania u S. cerevisiae.

Szybko odświeżmy naszą wiedzę na temat cyklu komórkowego. Istnieją dwie główne fazy, interfaza, która składa się z podfaz G1, S i G2; i Faza M lub mitoza. Jak wiadomo, mitoza jest ważnym składnikiem podziału komórek, a drożdże są szczególne, ponieważ dzielą się asymetrycznie za pomocą mechanizmu rozmnażania bezpłciowego, znanego jako pączkowanie.

W fazie G1 komórki angażują się w cykl komórkowy w punkcie "START". Pąki pojawiają się w fazie S i kontynuują wzrost przez resztę cyklu komórkowego, w tym mitozę. Kiedy cytokineza jest zakończona, nierówny podział cytoplazmy daje mniejszą komórkę potomną. Na nieszczęście dla komórki macierzystej, w miejscu podziału komórki pojawiają się widoczne blizny. Na szczęście dla naukowców, fluorescencyjne znakowanie chityny wchodzącej w skład ściany komórkowej pozwala naukowcom zbadać wzór pączkowania komórki drożdży i oszacować, ile razy się podzieliła.

Nowo utworzona komórka będzie rosła w fazie G1, w obecności składników odżywczych, dopóki nie zostaną spełnione określone warunki i nie zostanie osiągnięty punkt kontrolny cyklu komórkowego lub punkt restrykcyjny zwany "START". Gdy komórki przejdą przez "START", są zaangażowane w pozostałą część cyklu komórkowego i ponownie się dzielą. Zanim jednak ten punkt kontrolny zostanie osiągnięty, drożdże mogą przejść mejozę, a następnie rozmnażanie płciowe.

Dlaczego jednokomórkowy eukariont, taki jak drożdże, miałby przechodzić rozmnażanie płciowe?

Jak być może już się dowiedziałeś, rozmnażanie płciowe jest sposobem na wprowadzenie zmienności w populacji organizmów, co sprzyja przetrwaniu.

Rodzaj drożdży, które łączą się w pary, to haploidy, które zawierają jedną kopię genomu, taką jak komórki jajowe lub plemniki. Istnieją dwa haploidalne typy krycia, Mat a i Mat alfa, a komórki te mogą pączkować i rozmnażać się bezpłciowo, jak drożdże diploidalne.

Każdy z tych typów krycia uwalnia feromony. Mat a uwalnia "czynnik a", a Mat alfa uwalnia "czynnik alfa". Feromony są wykrywane przez przeciwstawne typy krycia i powodują, że haploidalne drożdże zmieniają kształt poprzez wydłużenie i wejście w fazę schmoo.

W tej fazie dwa haploidy nadal rosną w kierunku siebie, aż do osiągnięcia kontaktu komórka-komórka. Późniejsza fuzja międzykomórkowa i jądrowa powoduje powstanie zygoty. Powstająca zygota następnie ponownie wchodzi w mitotyczny cykl komórkowy, dając początek pierwszemu diploidalnemu pąkowi. Zygoty pojawią się komórki w kształcie hantli, z pączkiem lub bez.

Być może zastanawiasz się, w jaki sposób w ogóle powstają haploidy. Odpowiedź jest prosta: mejoza. Prawdopodobnie już wiesz, że po początkowej duplikacji chromosomów mejoza

daje komórki potomne z połową liczby chromosomów mniejszej niż komórka rodzicielska. Kiedy drożdże znajdują się w stresujących warunkach środowiskowych, zachodzi forma mejozy, znana jako zarodnikowanie.

Podczas zarodnikowania haploidalne zarodniki są wytwarzane dla każdego typu krycia i są zawarte w twardej błoniastej strukturze zwanej workiem, jak oznaczono tutaj żółtymi kółkami. Gdy warunki środowiskowe ulegną poprawie, zarodniki są uwalniane z worka. Stamtąd dalej rozwijają się w komórki haploidalne Mat a i Mat alfa i ponownie przechodzą przez cykl rozmnażania płciowego.

Teraz, gdy jesteś już zaznajomiony z rozmnażaniem drożdży, przyjrzyjmy się i zobaczmy, jak ten proces można zastosować do dalszych badań.

Zrozumienie rozmnażania drożdży jest integralną częścią eksperymentów genetycznych, na przykład w celu uzyskania szczepów drożdży z wieloma mutacjami. Na tym filmie można zobaczyć mieszanie dwóch różnych szczepów haploidalnych, Mat a i Mat alfa, na płytce agarowej, a następnie inkubację, aby umożliwić krycie i tworzenie diploidalne. Następnie są one replikowane na selektywnych pożywkach, które pozwolą tylko na wzrost diploidalny. Diploidy można następnie zarodnikować w pożywkach ubogich w składniki odżywcze, a powstałe haploidalne zarodniki rozciąć za pomocą mikromanipulatora i wysiać na płytkę agarową we wzorze matrycy. Genotypy haploidalne można potwierdzić za pomocą PCR lub wzrostu na pożywkach selektywnych.

Badania starzenia można również przeprowadzić, badając replikacyjną długość życia komórek drożdży. Replikacyjna długość życia to liczba pączków, przez które przechodzi komórka w ciągu swojego życia. Pojedyncza komórka drożdży może wyprodukować około 30 pąków przed śmiercią. Tutaj widać, że mikromanipulator służy do oddzielania komórki potomnej od komórki macierzystej w celu analizy długości życia drożdży w czasie. Surowe dane uzyskane w eksperymencie replikacyjnej długości życia są listą liczb odpowiadających komórkom potomnym wyprodukowanym przez każdą komórkę matkę w każdym punkcie wieku.

Rozwój morfologii komórek w funkcji procesów komórkowych, takich jak stężenie białka, można badać u pączkujących drożdży. Na zdjęciu widać przygotowanie komórek do mikroskopii w celu uwidocznienia określonych defektów specyficznych dla fenotypu. Na tym filmie poklatkowym tworzą się wielopąki, co wskazuje, że komórki nie oddzielają się od siebie, co sugeruje defekt podziału komórek.

Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do rozmnażania Saccharomyces cerevisiae. W tym filmie rozmawialiśmy o cyklu komórkowym drożdży i dotknęliśmy podstaw dotyczących cykli życiowych rozmnażania bezpłciowego i płciowego tego gatunku. Dziękujemy za oglądanie i nie zapomnijcie o swoim shmoo!