Размножение дрожжей

Несмотря на то, что Saccharomyces cerevisiae является простым одноклеточным эукариотом, он служит ценным модельным организмом, поскольку его клеточные процессы, такие как клеточный цикл, напоминают те, которые обнаруживаются у эукариот более высокого порядка, таких как мы. В клеточном цикле дрожжей рост и деление клеток тесно связаны и зависят от таких факторов, как концентрация питательных веществ. В зависимости от сигналов окружающей среды, дрожжи могут подвергаться бесполому или половому размножению для производства новых клеток. В этом видео вы узнаете о клеточном цикле дрожжей и различных формах размножения у S. cerevisiae.

Давайте быстро освежим в памяти наши знания о клеточном цикле. Существуют две основные фазы: интерфаза, которая состоит из подфаз G1, S и G2; и М-фаза, или митоз. Как известно, митоз является важным компонентом деления клеток, и особенность дрожжей заключается в том, что они делятся асимметрично с помощью механизма бесполого размножения, известного как почкование.

В фазе G1 клетки вступают в клеточный цикл в точке «START». Бутоны появляются во время S-фазы и продолжают расти на протяжении остальной части клеточного цикла, включая митоз. Когда цитокинез завершен, при неравномерном делении цитоплазмы образуется меньшая дочерняя клетка. К сожалению для материнской клетки, в месте деления клетки возникает видимое рубцевание. Однако, к счастью для ученых, флуоресцентное мечение хитина, компонента клеточной стенки, позволяет исследователям изучить характер почкования дрожжевой клетки и оценить, сколько раз она делилась.

Вновь образованная клетка будет расти в фазе G1 в присутствии питательных веществ до тех пор, пока не будут выполнены определенные условия и не будет достигнута контрольная точка клеточного цикла, или точка рестрикции, называемая «СТАРТ». Как только клетки проходят через «START», они включаются в оставшуюся часть клеточного цикла и снова делятся. Однако до того, как эта контрольная точка будет достигнута, дрожжи могут подвергнуться мейозу и последующему половому размножению.

Так почему же одноклеточный эукариот, как и дрожжи, должен подвергаться половому размножению?

Как вы, возможно, уже узнали, половое размножение — это способ внесения изменений в популяцию организмов, что способствует выживанию.

Тип дрожжей, которые спариваются, — это гаплоиды, которые содержат одну копию генома, как яйцеклетки или сперматозоиды. Существует два гаплоидных типа спаривания, Mat a и Mat alpha, и эти клетки могут почковаться и размножаться бесполым путем, как диплоидные дрожжи.

Каждый из этих типов спаривания выделяет феромоны. Мат а высвобождает «фактор а», а мат альфа высвобождает «альфа-фактор». Феромоны обнаруживаются противоположными типами спаривания и заставляют гаплоидные дрожжи менять форму, удлиняясь и вступая в фазу schmoo.

Во время этой фазы два гаплоида продолжают расти навстречу друг другу до тех пор, пока не достигнут межклеточного контакта. Последующий межклеточный и ядерный синтез приводит к образованию зиготы. Затем зарождающаяся зигота снова вступает в митотический клеточный цикл, давая начало своей первой диплоидной почке. Зиготы будут представлять собой гантелевидные клетки, либо с почкой, либо без нее.

Возможно, вам интересно, как вообще образуются гаплоиды. Ответ прост: мейоз. Вы, наверное, уже знаете, что после начальной хромосомной дупликации мейоз

В результате получаются дочерние клетки с вдвое меньшим количеством хромосом, чем у родительской клетки. Когда дрожжи находятся в стрессовых условиях окружающей среды, возникает форма мейоза, известная как спороношение.

Во время спороношения гаплоидные споры образуются для каждого типа спаривания и содержатся в жесткой мембранной структуре, называемой аскусом, как показано здесь желтыми кругами. Когда условия окружающей среды улучшаются, споры выделяются из аскуса. Оттуда они развиваются в гаплоидные клетки Mat a и Mat alpha и снова проходят через цикл полового размножения.

Теперь, когда вы знакомы с размножением дрожжей, давайте посмотрим и посмотрим, как этот процесс может быть применен для дальнейших исследований.

Понимание размножения дрожжей является неотъемлемой частью генетических экспериментов, например, создания штаммов дрожжей с множественными мутациями. В этом видео вы можете увидеть смешивание двух разных гаплоидных штаммов, Mat a и Mat alpha, на агаровой пластине, а также последующую инкубацию для обеспечения спаривания и формирования диплоидов. Затем они копируются на селективных средах, которые допускают только диплоидный рост. Затем диплоиды могут быть спорулированы в питательных средах с дефицитом питательных веществ, полученные гаплоидные споры рассекаются с помощью микроманипулятора и высеваются на агаровую пластину в матричном порядке. Гаплоидные генотипы могут быть подтверждены методом ПЦР или роста на селективных средах.

Исследования старения также могут быть проведены путем изучения репликативной продолжительности жизни дрожжевых клеток. Репликативная продолжительность жизни — это количество почкований, через которые проходит клетка за свою жизнь. Одна дрожжевая клетка может произвести около 30 шишек, прежде чем умереть. Здесь вы можете видеть, что микроманипулятор используется для отделения дочерней клетки от материнской, чтобы проанализировать продолжительность жизни дрожжей с течением времени. Исходные данные, полученные в ходе репликативного эксперимента по изучению продолжительности жизни, представляют собой список чисел, соответствующих дочерним клеткам, произведенным каждой материнской клеткой в каждой возрастной точке.

Развитие клеточной морфологии в зависимости от клеточных процессов, таких как концентрация белка, может быть изучено у почковающихся дрожжей. Здесь вы видите подготовку клеток к микроскопии, чтобы визуализировать специфические дефекты, специфичные для фенотипа. В этом видео с интервальной съемкой формируются множественные шишки, указывающие на то, что клетки не отделяются друг от друга, что указывает на дефект в делении клеток.

Вы только что посмотрели введение JoVE в размножение Saccharomyces cerevisiae. В этом видео мы рассказали о клеточном цикле дрожжей и затронули основы жизненных циклов бесполого и полового размножения этого вида. Спасибо за просмотр, и не забывайте про свое шму!