Спорова стінка дріжджів дозволяє спорам пережити проходження через травний тракт дрозофіли

Афілійований відділ біохімії та клітинної біології, Університет Стоні Брук, Стоні Брук, Нью-Йорк, Сполучені Штати Америки

Афілійований відділ нейробіології та поведінки, Центр розвитку генетики, Університет Стоні Брук, Стоні Брук, Нью-Йорк, Сполучені Штати Америки

Афілійований відділ біохімії та клітинної біології, Університет Стоні-Брук, Стоні-Брук, Нью-Йорк, Сполучені Штати Америки

Елісон Е. Колуччо,
Рейчел К. Родрігес,
Моріс Дж. Кернан,
Аарон М. Нейман

Цифри

Анотація

У природі дріжджі піддаються хижацтву мухами роду дрозофіла. У відповідь на поживне голодування Saccharomyces cerevisiae диференціюється у сплячий тип клітин, який називають спорою, стійкою до багатьох видів стресу навколишнього середовища. Стійкість до навантаження спор обумовлена, головним чином, споровою стінкою, яка є більш складною, ніж вегетативна клітинна стінка. Тут ми повідомляємо, що спори S. cerevisiae виживають при проходженні через кишечник Drosophila melanogaster. Для цієї стійкості необхідні складові спорової стінки, які відрізняють її від вегетативної клітинної стінки. Аскоспори далеких споріднених дріжджів Schizosaccharomyces pombe також виявляють стійкість до травлення D. melanogaster. Ці результати дозволяють припустити, що основна функція дріжджової аскоспори - це тип клітини, спеціалізований для диспергування комахами-переносниками.

Цитування: Колуччо А.Е., Родрігес Р.К., Кернан М.Дж., Нейман А.М. (2008) Спорова стінка дріжджів дозволяє спорам вижити при проходженні через травний тракт дрозофіли. PLOS ONE 3 (8): e2873. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0002873

Редактор: Родольфо Арамайо, Техаський університет A&M, Сполучені Штати Америки

Отримано: 18 березня 2008 р .; Прийнято: 15 липня 2008 р .; Опубліковано: 6 серпня 2008 р

Фінансування: Ця робота була підтримана грантом NIH GM072540 для A. M. N.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

За відсутності азоту та присутності неферментованого джерела вуглецю диплоїдні клітини дріжджів Saccharomyces cerevisiae зазнають мейозу, а отримані гаплоїдні ядра упаковуються у спори [1]. Спори - це спокійні клітини, які виявляють стійкість до різноманітних образів навколишнього середовища. Спори S. cerevisiae характеризуються товстою оболонкою або споровою стінкою, яка є більш обширною, ніж клітинна стінка вегетативних клітин, і ця спорова стінка має важливе значення для стійкості спор до стресового впливу навколишнього середовища [2]. Спорова стінка складається з чотирьох шарів різних полімерів [2]. Два внутрішні шари складаються переважно з маннопротеїнів та бета-глюканів, і вони подібні до стінок вегетативних клітин [3]. Третій і четвертий (найвіддаленіші) шари є специфічними для спор і складаються, відповідно, з хітозану та полімеру, що містить дитирозин [4], [5]. Посилена стійкість спори до багатьох напружень пояснюється цими двома шарами зовнішньої стінки [6], [7]. У геміаскоміцетових дріжджів, таких як спори Saccharomyces, зазвичай утворюються в наборі з чотирьох, що називаються тетрадами, які укладені в мішок, який називається аскусом [8].

Ниткоподібні гриби часто утворюють складні структури для сприяння розподілу вітром (безстатевих) конідіоспор або аскоспор [9], [10]. Дріжджі не утворюють таких структур, і припускають, що аскоспори є переважно формою виживання, а не формою розпорошення [9]. Доведено, що суперечки стійкі до лабораторних обробок, таких як вплив парів ефіру або температурний удар при 55 ° C [6], [11], проте доцільність цих обробок до стресів у природному середовищі незрозуміла. Використання дріжджів як джерела їжі видами дрозофілідів у дикій природі добре задокументовано [12]. Попередні лабораторні дослідження з S. cerevisiae та D. melanogaster вказують на те, що вегетативні клітини гинуть при проходженні через кишечник і що суперечки збільшують виживання, але це не було чітко визначено [13], [14]. Ми повідомляємо тут прямі докази того, що спори демонструють підвищене виживання щодо вегетативних клітин при проходженні через кишечник Drosophila melanogaster, і що мутації, що особливо впливають на стінку спор, знижують рівень виживання. Більше того, для опору потрібні шари, унікальні для спорової стінки. Ці дані свідчать про те, що аскоспори S. cerevisiae є клітинним типом, спеціалізованим для розповсюдження в навколишньому середовищі за допомогою векторів дрозофіли.

Результати

Спори стійкі до стресів, пов’язаних з хижацтвом

Оскільки вважається, що однією з функцій спор є забезпечення стійкості в навколишньому середовищі, ми дослідили виживання суперечка під час різноманітних процедур, що імітують природні стреси. У цьому аналізі спори порівнювали з вегетативними клітинами у дві фази росту: культури фазових логарифмів, що містять активно початкові клітини, та культури стаціонарної фази (рис. 1). Клітини стаціонарної фази забезпечують особливо хороше порівняння, оскільки, як і спори, вони є нескладеними, спокійними клітинами, але не мають зовнішніх шарів спорової стінки. Порівняно з клітинами логарифмічної фази, спори були більш стійкими до всіх стресових процедур. Однак клітини стаціонарної фази були настільки ж стійкими, як спори, до деяких стресових факторів, зокрема, ці стреси мали на меті імітувати погодні умови. Клітини стаціонарної фази були настільки ж компетентними, як спори, при переживанні повторних циклів заморожування та підвищеної осмолярності або з високим рівнем декстрози, або з сорбітом. Крім того, клітини стаціонарної фази були порівнянні зі спорами в якісних аналізах на виживання при десикації (дані не наведені).

Виживання вегетативних клітин із насиченої культури (Sat), культури логарифмічної фази (Log) або спор (Spo) після впливу різних стресів вимірювали, як описано в Методах. Для кожного стану було проведено щонайменше три незалежних експерименти та визначено середній відсоток виживання. На графіку коефіцієнт виживання суперечків визначали як 1, а також відносну виживаність вегетативних культур. Тонкі лінії представляють діапазон відносного виживання. Середній відсоток виживання спор за кожної умови становив: 40% декстрози, 60%; β-глюканаза, 244%; Оцтова кислота, 54%; NaOH, 23%; Ефір 52%; Заморожування/Відтавання 94%; 2М сорбіт, 76%; 42 ° C, 73%; 5М NaCl, 51%.