Здесь мы представляем основной протокол индукции спаривания P. blakesleeanus .
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь мы представляем основной протокол индукции спаривания P. blakesleeanus .
Phycomyces blakesleeanus, нитчатый гриб из семейства Mucoromycota, отличается своей замечательной способностью к восприятию окружающей среды и адаптивным реакциям. Хотя прошлые работы показали, что стимулы окружающей среды, включая гравитацию, свет, влагу и доступность питательных веществ, влияют на динамику его роста и репродуктивные стратегии, лежащие в его основе механизмы остаются в центре внимания. Сигналы окружающей среды запускают половое или бесполое размножение. Половое размножение начинается с передачи феромонных сигналов, которые запускают гифальную хемоаттракцию, что в конечном итоге приводит к серийным морфологическим переходам, кульминацией которых является образование зигосспоры.
В лабораторных условиях скрещивание P. blakesleeanus приводит к комплементарному мицелию, проходящему половой цикл на разных стадиях. Наша работа направлена на то, чтобы проверить, могут ли сигналы окружающей среды вызвать спаривание в мицелии P. blakesleeanus. Скрещивания P. blakesleeanu, выращенные на средах с ограничением питательных веществ, будут подвергаться воздействию агара с ограниченным содержанием питательных веществ, чтобы вызвать сексуальную реакцию в соответствии с депривацией питательных веществ. Успешное инициирование спаривания у P. blakesleeanus облегчит будущие исследования, требующие большого количества мицелия, воспроизводящего половым путем на определенных стадиях. Результаты этого исследования еще больше углубят наше понимание того, как факторы окружающей среды влияют на репродуктивные механизмы P. blakesleeanus , что внесет свой вклад в более широкую базу знаний о половом размножении нитчатых грибов.
Индукция спаривания в грибковых системах в лабораторных условиях продвинула понимание эукариотической генетики, клеточной биологии, эволюционной биологии и биотехнологии. Дикарийские грибы, в частности Ascomycota, обладают наиболее обширными знаниями об индукции спаривания в лабораторных условиях1. Интересно, что первый гриб, у которого было предложено половое размножение, Syzygites megalocarpus, не является членом Ascomycota, а скорее членом типа Mucoromycota2. Тип Mucoromycota является раннедивергирующей группой, ранее классифицированной как "Zygomycota", но теперь считающейся сестринской линией Дикарья 3,4. Mucoromycota, наряду с Zoopagomycota, являются эволюционно значимыми, так как эти типы представляют собой переход грибов к наземным экосистемам 4,5. Как и другие грибы, мукоромицеты используют бесполые и половые репродуктивные стратегии в ответ на окружающую среду 3,6. В условиях ограниченного количества питательных веществ мукоромицеты начинают половой цикл6. Мукоровицеты демонстрируют как гомоталльные, так и гетероталлические механизмы спаривания, где совместимость определяется генами типа спаривания sexM и sexP, обозначенными как (-) и (+) соответственно 7,8,9.
Блейксли10 подчеркнул чувствительность полового цикла мукоровицетов к внешним условиям, отметив, что влажность имеет решающее значение для их формирования и что доступность питательных веществ в субстрате играет значительную роль. Комплементарные типы спаривания начинают половой цикл путем кооперативного синтеза триспоровых кислот (ТА) с использованием бета-каротина в качестве предшественника 11,12,13. После обнаружения ТА реагирующие вегетативные гифы утолщаются и становятся сильно разветвленными зигофорами 14,15,16. Зигофоры продолжают продукцию TA и взаимно хемоаттрактируются. У P. blakesleeanus зигофоры дифференцируются в пределах субстрата и не видны на твердых агаровых средах17. При контакте зигофоры переплетаются и становятся воздушными зигофорами.
По мере продолжения полового цикла кончики зигофоров прикрепляются, а середина клеток выталкивается, образуя кольцеобразную структуру с коралловидным набуханием у основания, завершая переход к прогаметангиуму. Кончики клеток, образующих прогаметангий, начинают сливаться и развиваться в гаметангий. На стадии гаметангии зигофоры демонстрируют колючий орнамент. Клеточная стенка на концах растворяется, и появляются придаточные перегородки, ограничивающие область, где будет формироваться зигоспора, а зигофоры действуют как щипцеобразные суспензоры18. Зигосспора становится пигментированной по мере того, как ее клеточная стенка утолщается, и она приобретает дополнительный шипообразный орнамент17,18. После формирования зигосспора вступает в период покоя, прежде чем возобновить цикл роста.
Phycomyces blakesleeanus — гетероталлический мукоровицет, отличающийся крупными клетками и экологически чувствительными спорангиофорами 6,8,18. Этот организм легко культивируется в лаборатории, и участки полового цикла, приводящие к образованию зигоспор, можно наблюдать в течение 8-10 дней. В качестве модели P. blakesleeanus был исследован на предмет его способности воспринимать свет в окружающей среде17,19. Легкость выращивания и способность вызывать спаривание также сделали его идеальной моделью для изучения механизма, лежащего в основе его способности восприниматьсвет. Эти результаты также высветили эволюционное сохранение светочувствительных механизмов у грибов. Было показано, что у P. blakesleeanus свет подавляет половое размножение через эти консервативные светочувствительные белки21. Недавние исследования эволюционного развития были направлены на то, чтобы понять, какие гены способствуют дифференцировке клеток во время полового цикла P. blakesleeanus 6. Корреляция морфогенеза с конкретными генами потребовала бы выделения достаточного количества тканей из одних и тех же типов клеток для проведения исследований экспрессии генов.
В то время как протоколы индуцирования спаривания P. blakesleeanus в лабораторных условиях были описаны ранее, в некоторых из них упоминается только тип используемой среды исоответствующие штаммы. Некоторые описания протоколов не включают конкретную формулировку среды, но описывают, где расположить предполагаемые комплементарные типы сопряжения на пластине10. Более поздние протоколы позволяют увеличить производство зигоспор либо путем смешивания спор каждого типа спаривания и инокуляции смешанной споровой суспензией21, либо путем размещения типов спаривания на некотором расстоянии друг от друга и предоставления культуре возможности инкубации в течение 20 дней22. Эти подходы полезны для получения достаточного количества дифференцированных клеток, в частности, зигоспор, но могут не подходить для наблюдения за ходом развития или отбора половых структур, которые формируются до зигоспор для транскриптомики одиночных клеток. В других работах этот вопрос решался путем размещения комплементарных типов спаривания на расстоянии друг от друга на твердых средах, чтобы можно было наблюдать за последовательными морфологическими переходами в начале полового цикла 6,22,23. Как и в случае с другими грибами, мицелий P. blakesleeanus расширяется радиальнов 24,25 раза. Поэтому, когда на одной и той же пластине выращиваются комплементарные типы, разные части их мицелия будут соприкасаться в разное время. Поскольку контакт между мицелиями является одним из первых этапов полового цикла P. blakesleeanus, это означает, что разные части взаимодействующего мицелия будут находиться на разных стадиях полового цикла. Эта асинхронность может повлиять на результаты исследования экспрессии генов, так что если дифференцированные типы клеток смешиваются и если они имеют различные программы экспрессии генов, то будет трудно приписать роль гена одной конкретной структуре.
В дополнение к ценности P. blakesleeanus в качестве модели для изучения генов, участвующих в морфогенезе во время полового цикла, его энергичный рост и способность к дифференцировке в течение нескольких дней делают его идеальным грибом для обучения студентов, заинтересованных в ранней дивергации нитчатых грибов, и для использования в аудиториях бакалавриата для изучения разнообразия грибов и процессов их развития. Представленный здесь протокол использует три концентрации двух различных типов сред для демонстрации влияния доступности питательных веществ на внешний вид мицелия, индукцию спаривания и обогащение определенными половыми структурами либо для количественной оценки, либо для наблюдения, либо для потенциальной транскриптомики одиночных клеток.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка СМИ
2. Подготовка грибковых спор или тканей
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
После 4-стороннего скрещивания скорость роста каждого штамма незначительно варьировалась, что определялось изменением площади мицелия (Рисунок 2). Несмотря на то, что NRRL 1555 не является статистически значимым, он имел более быстрое изменение площади при нанесении покрытия на 25% CMA, 25% PDA или 100% PDA. Аналогичным образом, NRRL 1465 имел более высокое изменение площади при выращивании на 50% PDA или CMA. NRRL 1464 показал самый быстрый прирост площади при выращивании на 100% CMA. Через...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Здесь представлен простой протокол индуцирования полового размножения у P. blakesleeanus в лабораторных условиях. Одним из наиболее важных соображений для этого протокола является ограничение питательных веществ. Предполагается, что грибы кооптировали половое размножение в ответ на суровые условия окружающей среды, такие как ограничение питательных веществ 6,28,29,30,31,32.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.
Мы хотели бы поблагодарить Исполнительный комитет по естественным наукам Колорадского колледжа, факультет биологии и экологии организмов и Фонд студенческих исследований семьи Хеви за финансирование этой работы. Мы также выражаем благодарность Элис Келлер и Тиа Хатченс за их техническую поддержку.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Порошок агара | ThermoFisher | 3453PK | |
| хлорамфеникол | FisherSci | BP904-100 | |
| Агар из кукурузной муки | Каролина | 742460 | |
| Panorama Stitcher | Apple App Store | ||
| Phycomyces blakesleeanus (-) NRRL 1555 | Министерство сельского хозяйства США - Служба сельскохозяйственных исследований | 1555 | USDA-ARS будет отправлять только академическим исследователям; см. ниже альтернативы |
| Phycomyces blakesleeanus (-) NRRL 1564 | United States Department of Agriculture - Agricultural Research Service | 1564 | USDA-ARS будет отправлять только академическим исследователям; см. ниже альтернативы |
| Phycomyces blakesleeanus (-) Tube Culture | Carolina Biological Supply | 156183 | Культура образовательного уровня, доступная для покупки; NRRL 1555 |
| Phycomyces blakesleeanus (+) NRRL 1554 | United States Department of Agriculture - Agricultural Research Service | 1554 | USDA-ARS будет отправлять только академическим исследователям; альтернативы см |
| . нижеPhycomyces blakesleeanus (+) NRRL 1565 | United States Department of Agriculture - Agricultural Research Service | 1565 | USDA-ARS будет отправлять только академическим исследователям; см. ниже альтернативы |
| Phycomyces blakesleeanus (+) Tube Culture | Carolina | 156182 | Education-grade culture доступен для покупки; NRRL 1554 |
| Картофельная декстроза агар | FisherSci | DF0013-17-6 | |
| Sprout Plus Мини центрифуга | Heathrow Scientific | Артикул 120610 | |
| Твин 20 | Sigma-Aldrich | P6585-10ML |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.