La reproduction de Saccharomyces cerevisiae

Biology I
 

Summary

Saccharomyces cerevisiae, une espèce de levure qui est un organisme model extrêmement précieux. Notamment, S. cerevisiae est un eucaryote unicellulaire qui possède plusieurs processus biologiques connus chez l’humain. Cette vidéo présente une introduction au cycle cellulaire de la levure, et explique comment S. cerevisiae se reproduit asexuellement et sexuellement. La levure se reproduit asexuellement via un processus connu comme le bourgeonnement. Au contraire, la levure parfois prend part à la reproduction sexuelle, qui est importante pour l’introduction de variation génétique dans la population. Sous des conditions environnementales stressantes, S. cerevisiae passe par la méiose et forme des spores haploïdes qui sont relâchées lorsque les conditions environnementales s’améliorent. Durant la reproduction sexuelle, ces spores haploïdes s’unissent pour former ultimement un zygote diploïde. Dans le laboratoire, les levures peuvent être manipulées génétiquement pour approfondir la régulation génétique du cycle cellulaire, la reproduction cellulaire, le vieillissement et le développement. Ainsi, les chercheurs étudient la reproduction des levures pour mieux comprendre des processus qui sont important à la biologie humaine.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Les organismes modèles I : la levure, la Drosophila et le C. elegans. La reproduction de Saccharomyces cerevisiae. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Cet eucaryote, malgré sa forme unicellulaire, Saccharomyces cerevisiae est un modèle inestimable pour ses processus cellulaires tel son cycle cellulaire qui ressemble à ceux d’eucaryotes supérieurs, comme nous. Dans le cycle cellulaire de la levure, la croissance et la division cellulaires sont étroitement liées et dépendent des facteurs comme la concentration en nutriments. Dépendamment des indicateurs environnementaux, les levures peuvent se reproduire de façon asexuelle ou sexuelle pour produire de nouvelles cellules. Cette vidéo offre un aperçu du cycle cellulaire de la levure et des différentes formes de reproduction chez S. cerevisiae.

Révisons rapidement notre connaissance du cycle cellulaire. Deux phases majeures existent, l’interphase qui est composée des sous-phases G1, S et G2; et la phase M ou mitose. Comme vous le savez, la mitose est un composant important de la division cellulaire, et les levures sont particulières parce qu’elles se divisent de façon asymétrique via un mécanisme de reproduction asexuelle connu comme le bourgeonnement.

Dans la phase G1, les cellules se compromettent au départ du cycle cellulaire. Les bourgeons apparaissent durant la phase S et continuent de grossir durant le reste du cycle cellulaire, incluant la mitose. Lorsque la cytokinèse est complète, la division inégale du cytoplasme livre une cellule fille plus petite. Malheureusement pour la cellule mère, une cicatrice apparait au site de division cellulaire. Heureusement pour les chercheurs cependant, un marquage fluorescent de la chitine, une composante de la paroi cellulaire, permet aux chercheurs d’examiner le tracé de bourgeonnement d’une levure et d’estimer combien de fois elle s’est divisée.

Une cellule nouvellement formée va grandir durant la phase G1, en présence de nutriments, jusqu’à ce que certaines conditions soient atteintes et un point de contrôle ou un point de restriction appellé « Départ » soit atteint. Une fois que les cellules passent le point de départ, elles sont compromises pour le reste du cycle cellulaire et vont se diviser à nouveau. Cependant, avant que le point de contrôle soit atteint, les levures peuvent passer par la méiose et la reproduction sexuelle subséquente.

Maintenant pourquoi un eucaryote cellulaire comme la levure a besoin de passer par la reproduction sexuelle?

Comme vous avez probablement déjà appris, la reproduction sexuelle est une façon d’induire des variations dans une population d’organismes, qui favorisent la survie.

Le groupe de levures qui s’accouple est haploïde, c’est-à-dire qui contient une copie du génome, comme les œufs ou les spermatozoïdes. Il y a deux classes de cellules haploïde, MATa et MAT alpha, et ces cellules peuvent bourgeonner et se reproduire asexuellement, comme les levures diploïdes.

Chacune de ces classes libère des phéromones. MATa libère le « facteur a » et MAT alpha libère le « facteur alpha ». Les phéromones sont détectées par la classe opposée et occasionne un changement de forme de la levure haploïde, qui devient allongée et entre dans la phase « shmoo ».

Pendant cette phase, deux cellules haploïdes continuent de grandir l’une vers l’autre jusqu’à ce qu’elles fassent contact. Subséquemment au contact cellule- à -cellule et à la fusion nucléaire résulte en la formation d’un zygote. Alors le zygote naissant entre à nouveau le cycle mitotique, donnant naissance à son premier bourgeon diploïde. Les zygotes apparaissent sous la forme d’un sablier, avec ou sans bourgeon.

Vous vous demandez probablement comment en premier lieu les cellules haploïdes sont produites. La réponse est simple : la méiose. Probablement, vous savez déjà que, suivant la première duplication chromosomale, la méiose résulte en une cellule fille contenant la moitié des chromosomes tout comme la cellule parentale. Lorsque les levures sont sous des conditions environnementales stressantes, une forme de méiose prends place, connu comme la sporulation.

Durant la sporulation, les spores haploïdes sont produits pour chaque classe de cellules et les spores sont retenus dans un sac membranaire appellé un asque, comme indiqué ici par les cercles jaunes. Lorsque les conditions environnementales sont favorables, les spores sont relâchés de l’asque. Ensuite, ils se développent en cellules haploïdes MATa et MAT alpha qui peuvent recommencer à nouveau le cycle de reproduction sexuelle.

Maintenant que vous êtes familier avec la reproduction de la levure, explorons comment ce processus peut s’appliquer à d’autres études.

Comprendre la reproduction des levures fait partie intégrale des expériences génétiques, par exemple pour générer des souches de levures avec des mutations. Dans cette vidéo, vous pouvez voir le mélange de deux souches haploïdes différentes, MATa et MAT alpha, sur une plaque d’agar, et l’incubation suivante pour permettre l’accouplement et la formation de cellules diploïdes. Par la suite, les cellules sont copiées sur un milieu sélectif qui va permettre seulement aux cellules diploïdes de croitre. Les cellules diploïdes peuvent ensuite sporuler dans un milieu pauvre en nutriments, les spores haploïdes résultants sont disséqués avec un micromanipulateur, et déposé en matrice sur une plaque d’agar. Le génotype haploïde peut être confirmé par réaction en chaîne par polymérase ou par croissance sur un milieu sélectif.

Les études sur le vieillissement peuvent également se faire en examinant la durée de vie des levures. La durée de vie correspond au nombre de bourgeonnement une cellule effectue durant son existence. Une seule cellule peut produire plus de 30 bourgeonnements avant de mourir. Ici vous voyez que le micromanipulateur est utilisé pour séparer une cellule fille de la cellule mère de manière à analyser la durée de vie au fil du temps. Les données produites dans une expérience sur la durée de vie réplicative représentent une liste de nombres correspondant aux cellules filles produites par chaque cellule mère à chaque génération.

Le développement de la morphologie cellulaire en fonction des processus cellulaires, comme la concentration protéique, peut être étudié chez la levure bourgeonnante. Ici vous voyez la préparation des cellules pour microscopie afin de visualiser des imperfections phénotypiques spécifiques. Dans cette vidéo en temps réel, plusieurs bourgeons se forment, indiquant que les cellules échouent la séparation l’une de l’autre, suggérant un défaut au niveau de la division cellulaire.

Vous venez de regarder l’introduction à la reproduction de Saccharomyces cerevisiae présenté par JoVE. Dans cette vidéo, nous avons parlé du cycle cellulaire de la levure et touché les cycles de reproduction asexuelle et sexuelle de cette espèce. Merci pour votre attention, et n’oubliez pas votre shmoo!

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