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Biology I: yeast, Drosophila and C. elegans

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Reprodução de levedura

Overview

Saccharomyces cerevisiae é uma espécie de levedura que é um organismo modelo extremamente valioso. É importante ressaltar que S. cerevisiae é um eucariote unicelular que sofre muitos dos mesmos processos biológicos que os humanos. Este vídeo fornece uma introdução ao ciclo da célula de levedura, e explica como S. cerevisiae reproduz tanto assexuada quanto sexualmente levedura se reproduze assexualmente através de um processo conhecido como brotamento. Em contraste, a levedura às vezes participa da reprodução sexual, o que é importante porque introduz variação genética a uma população. Em condições ambientalmente estressantes, S. cerevisiae passará por meiose e formará esporos haploides que são liberados quando as condições ambientais melhorarem. Durante a reprodução sexual, esses esporos haploides se fundem, formando um zigoto diploide. No laboratório, a levedura pode ser geneticamente manipulada para entender melhor a regulação genética do ciclo celular, reprodução, envelhecimento e desenvolvimento. Portanto, os cientistas estudam a reprodução da levedura para obter uma visão sobre processos que são importantes na biologia humana.

Procedure

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Apesar de ser um simples eucariote unicelular, Saccharomyces cerevisiae serve como um valioso organismo modelo porque seus processos celulares, como o ciclo celular, se assemelham aos encontrados em eucariotes de maior ordem, como nós. No ciclo das células de levedura, o crescimento celular e a divisão celular estão fortemente ligados e dependem de fatores como a concentração de nutrientes. Dependendo das pistas ambientais, a levedura pode ser submetida à reprodução assexual ou sexual para produzir novas células. Este vídeo lhe dará uma visão geral sobre o ciclo da célula de levedura e as diferentes formas de reprodução em S. cerevisiae.

Vamos rapidamente melhorar nosso conhecimento sobre o ciclo celular. Existem duas grandes fases, a Interphase, que é composta por sub-fases G1, S e G2; e fase M, ou Mitose. Como você sabe, a mitose é um componente importante da divisão celular, e a levedura é peculiar na medida em que se dividem assimetricamente através de um mecanismo de reprodução assexual, conhecido como brotamento.

Na fase G1, as células se comprometem com o ciclo celular no ponto "START". Os botões aparecem durante a fase S e continuam a crescer durante o resto do ciclo celular, incluindo a mitose. Quando a citocinese é completa, divisão desigual do citoplasma produz uma célula filha menor. Infelizmente para a célula mãe, cicatrizes visíveis ocorrem no local da divisão celular. Felizmente para os cientistas, no entanto, a rotulagem fluorescente da quitina componente da parede celular permite que os pesquisadores examinem o padrão de brotação de uma célula de levedura e estimem quantas vezes ela se dividiu.

Uma célula recém-formada crescerá na fase G1, na presença de nutrientes, até que certas condições sejam atendidas e um ponto de verificação de ciclo celular, ou ponto de restrição chamado "START" seja atingido. Uma vez que as células passam por "START", elas estão comprometidas com o restante do ciclo celular e se dividem novamente. Antes que este ponto de verificação seja alcançado, no entanto, a levedura pode ser submetida a meiose e posterior reprodução sexual.

Agora, por que um eucariote unicelular como o fermento precisa se submeter à reprodução sexual?

Como você já deve ter aprendido, a reprodução sexual é uma forma de introduzir variação em uma população de organismos, o que promove a sobrevivência.

O tipo de levedura que acasala são haploides, que contêm uma cópia do genoma, como óvulos ou células espermatozoides. Existem dois tipos de acasalamento haploide, Mat a e Mat alfa, e essas células podem brotar e se reproduzir assexualmente, como levedura diploide.

Cada um desses tipos de acasalamento libera feromônios. Mat a lança o "fator um" e Mat alpha lança o "fator alfa". Os feromônios são detectados pelos tipos opostos de acasalamento e fazem com que a levedura haploide mude de forma, alongando e entrando na fase schmoo.

Durante esta fase, dois haploides continuam a crescer um para o outro até alcançar o contato celular-célula. A subsequente fusão celular-a-célula e nuclear resulta na formação do zigoto. O zigoto nascente então reentra no ciclo celular mitótico, dando origem ao seu primeiro broto diploide. Zygotes aparecerão células em forma de haltere, com ou sem um broto.

Você deve estar se perguntando como os haploides são produzidos em primeiro lugar. A resposta é simples: meiose. Você provavelmente já sabe que, após uma duplicação cromossômica inicial, meiose

resulta em células filhas com metade do número de cromossomos como a célula-mãe. Quando a levedura está sob condições ambientalmente estressantes, ocorre uma forma de meiose, conhecida como esporulação.

Durante a esporulação, esporos haploides são produzidos para cada tipo de acasalamento e estão contidos em uma estrutura membanous resistente chamada ascus, como indicado aqui com círculos amarelos. Quando as condições ambientais melhoram, os esporos são liberados do ascus. A partir daí, eles se desenvolvem ainda mais em células haploides Alfa Mat a e Mat e passam pelo ciclo de reprodução sexual mais uma vez.

Agora que você está familiarizado com a reprodução de leveduras, vamos dar uma olhada e ver como esse processo pode ser aplicado para estudos posteriores.

Entender a reprodução da levedura é essencial em experimentos genéticos, por exemplo, gerando cepas de leveduras com múltiplas mutações. Neste vídeo, você pode ver a mistura de duas cepas haploides diferentes, Mat a e Mat alfa, em uma placa de ágar, e a incubação subsequente para permitir o acasalamento e formação de diploides. Eles são então replicados em meios seletivos que só permitirão o crescimento de diploides. Os diploides podem então ser esporulados em mídia deficiente de nutrientes, os esporos haploides resultantes dissecados com um micromanipulador, e semeados em uma placa de ágar em um padrão de matriz. Os genótipos haploides podem ser confirmados pelo PCR ou crescimento em mídia seletiva.

Estudos de envelhecimento também podem ser realizados examinando a vida útil replicativa das células de levedura. O tempo de vida replicativo é o número de brotamentos que uma célula passa em sua vida. Uma única célula de levedura pode produzir 30 ou mais brotos antes de morrer. Aqui, você pode ver que um micromanipulador é usado para separar uma célula filha da célula mãe, a fim de analisar a vida útil da levedura ao longo do tempo. Os dados brutos produzidos por um experimento de vida útil replicativo é uma lista de números correspondentes às células filhas produzidas por cada célula-mãe em cada ponto de idade.

O desenvolvimento da morfologia celular em função de processos celulares, como a concentração de proteínas, pode ser estudado em levedura brotante. Aqui você vê a preparação de células para microcopia para visualizar defeitos específicos do fenótipo. Neste vídeo de lapso de tempo, vários botões se formam, indicando que as células não se separam umas das outras, sugerindo um defeito na divisão celular.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE à reprodução de Saccharomyces cerevisiae. Neste vídeo, falamos sobre o ciclo da célula de levedura e tocamos base nos ciclos de vida assexuado e reprodução sexual desta espécie. Obrigado por assistir, e não se esqueça do seu shmoo!

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