1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Життєвий цикл нейроспори і її роль в генетиці

Життєвий цикл нейроспори і її роль в генетиці

Розглянемо життєвий цикл нейроспори. Це помаранчева цвіль, що зустрічається в пекарнях, на згарищах і в кратерах вулканів.

Гаплоїдний міцелій нейроспори здатний рости, зі швидкістю до 10 см в день, на живильному середовищі на основі агару, що містить солі, вітамін біотин і вуглеводи як джерело вуглецю. Через кілька днів після того, як міцелій проростає з суперечки, утворюються повітряні гіфи, на яких формуються круглі вегетативні суперечки помаранчевого кольору – макроконідіі (з часом оранжеве забарвлення набуває і сам міцелій).

Вони гаплоидни, але як правило багатоядерних, і формуються шляхом мітозу. Статевий процес влаштований так: до в певний момент міцелій утворює клубок, так званий протоперітецій, з якого починають рости так звані аскогон. Коли на аскогон потрапляє мікро – (одноядерна) або макро – (багатоядерних) конидия або вегетативний гиф іншої особини, то ядра звідти проникають в аскогон. Цікаво, що у нейроспори існує дві статі, вірніше статевих класу (mating classes), які позначаються як mat А і mat а. Ви все проходили основи генетики в школі і на підставі використання великої і маленької літери зараз, напевно, подумаєте, що перший домінантою по відношенню до другого. Змушений вас розчарувати, нейроспори гаплоидное і поняття домінування у неї застосовно хіба що до утворюється надалі диплоїдним аскогенному гіфу і незрілої аске – а вони завжди гетерозіготни за статевою класу і статі не мають. Використання букв різних регістрів в даному випадку є невмотивована традиція. Зовні міцелій особин, що належать до різних статевим класам, не відрізняється, але запліднення відбувається тільки в тому випадку, якщо протоперітецій і контактує з ним конідій або гіф відносяться до різних класів.

Далі відбувається найоригінальніше – ядра від різних батьків знаходять один одного, але не зливаються, а розташовуються парами один біля одного. Після цього з аскогона починає рости аскогенний гиф, він складається з дикаріон – окремих клітин, які несуть по два ядра, отриманих від різних батьків і належать до різних статевим класам. Аскогенние гіфи виявляються ув’язненими в Перітеціі – порожнистий орган, в який протоперітецій перетворюється через добу свого існування. У певний момент у клітці на кінці аскогенного гіфа ядра діляться, а сама клітина загинається гачком і ділиться на три – по одному ядру на кінцях і два різностатевих ядра в середній клітці – аске. Тільки там, нарешті, різностатеві ядра зливаються, після чого диплоидное ядро ??відразу ж зазнає мейоз і дає чотири гаплоїдні клітини, які слідом за цим діляться ще раз митозом, так що виходить вісім гаплоїдних аскоспор. Зрілі аски (їх близько 200) розривають Перітеціі і суперечки вистрілюються з них. (У інших аскомицетов, таких як відома нам сморчковая шапочка, все це часто відбувається всередині плодових тіл, які збираються з різностатевих міцелієв, тобто двох з різних організмів кожне!) З аскоспор розвиваються нові гаплоїдні міцелії.

Вступ міцелієв в статевий або вегетативне розмноження можна регулювати – так, освітлення синім світлом стимулює статевий процес на середовищі, бідної азотом, і вегетативне розмноження на середовищі, багатому азотом. Зазвичай же материнський організм вирощують на спеціальному середовищі, що сприяє освіту протоперітеціев і «запилюють» конідіями або фрагментами гіфів протилежної статевого класу. Аскогенние гіфи і молоді аски з’являються на третій день, мейотіческіе поділу відбуваються на 4-5й день, на 5-8 день дозрівають спори.

Весь життєвий цикл нейроспори зображений на наступною схемою:

Давайте в першому наближенні розглянемо, як виглядає і які можливості нам дає генетика нейроспори.

По-перше, нейроспори представляє унікальні можливості візуалізації поведінки генів у мейозі. Мейоз слід негайно після злиття батьківських ядер в аске, і веретена обох ділень орієнтовані в одну лінію. Веретена мітотичного поділу кожної клітини тетради орієнтовані поперек аски, але ядра шикуються в одну лінію до цітокінеза. Ось як виглядає розетка аскоспор нейроспори. Спори набувають забарвлення в міру дозрівання; бліді суперечки в даному випадку суть недостиглі.

Таким чином, кожна аска містить аскоспори, що утворилися в одному мейозі, тобто продукти однієї тетради. Клітини, що утворилися в кожному поділі мейозу, а також наступного за ними мітотичного ділення, займають в аске певне місце, таким чином, ми маємо позиційну інформацію про деякі події мейозу: нейроспори має впорядковані тетради. Це відкриває можливість так званого тетрадного аналізу.

Подивимося, як виглядає вміст Перітеціі після схрещування двох штамів, що несуть різні алелі гена spore killer 2: Sk-2K і Sk-2S. Літери “К” і “S” у верхньому регістрі означають killer і sensitive. Нейроспори гаплоидное, але клітини аскогенного гіфа мають два ядра, материнське і батьківське, а аска до мейозу – диплоидна. У разі якщо один з схрещується штамів ніс аллель Sk-2K, а інший Sk-2S, в аске, яка отримує і батьківське, і материнське ядро, два цих алеля присутні одночасно, тобто аска до мейозу гетерозиготна щодо цих алелей. (Аскогенний гиф і аска до мейозу – єдині клітини в життєвому циклі нейроспори, які можуть бути гомо – і гетерозиготами.) У такій ситуації суперечки, що несуть Sk-2K (killer) розвиваються нормально, а суперечки Sk-2S (sensitive) недорозвиваються і гинуть . (Існує і нормальний аллель, який нікого не вбиває і не гине сам у присутності кілера).

Ми бачимо, що вісім суперечка в аске строго підрозділяються на четвірки, з яких одна має нормально розвинені (великі) спори, а інша – недорозвинені (дрібні) спори; причому ми бачимо і випадки, коли нормальна четвірка займає проксимальну позицію, і випадки, коли вона займає дистальную позицію, і кількість тих і інших АСОК приблизно однаково. Інтерпретація цієї картини прозора: ми знаємо, що один гомолог несе Sk-2K, а другий Sk-2S; гомологи розходяться в першому поділі мейозу і потрапляють в одне з ядер діади. У аске одне з цих ядер з необхідністю розташовується проксимальніше, а інше дистальнее іншого, і це ніяк не залежить від того, який аллель локусу Sk-2 в нього потрапляє. Обидві хроматиди кожної гомолога, що утворилися в результаті подвоєння ДНК в S-фазі мейоціта до набрання мейоз несуть ідентичні алелі Sk, в мітотичного циклу, наступного після мейозу, ДНК знову подвоюється. Таким чином, чотири суперечки-нащадка кожної з клітин діади несуть один і той же аллель локусу Sk.

А ось як виглядає вміст зрілого Перітеціі після схрещування нормального і мутантного алеля за локусом cys-3, задіяному в біосинтезі цистеїну.

Аскоспори, що отримали мутантний аллель, затримуються в дозріванні і пігментації і тому деякий час мають більш бліде забарвлення, ніж нормальні суперечки. Ми могли б очікувати знову побачити четвірки суперечка, темно – і светлоокрашенних. І ми бачимо такі четвірки: дві аски, спрямовані вліво і вгору і одна, спрямована строго вгору. Однак ми бачимо також і несподівані патерни: чергуються двійки темних і світлих спір (аска, спрямована вліво і вниз) і четвірки спор одного забарвлення в центрі аски, облямовані двійками суперечка іншого забарвлення по краях (аски, спрямовані вправо і вгору і вправо). Ми могли б прийти до висновку, що в даному випадку ми швидше бачимо двійки суперечка одного забарвлення, розташовані в аске випадковим чином. Так воно фактично і є. Як це можливо?

Давайте ще раз згадаємо відомі вам з цитології механізм мейозу і таке явище, як кроссинговер. Ми з вами впритул займемося кросинговером надалі і будемо працювати з ним на генетичному рівні, тобто, не бачачи самої події і судячи по ньому з поведінки ознак в схрещуваннях. Зараз ми знаходимося в проміжній ситуації – самого кросинговеру ми не бачимо, але залишаємося поки на цитологічному рівні, тобто, бачимо клітини – продукти мейозу на тих місцях, в яких вони утворилися. Уявімо, що кросинговер стався між центромерой і локусом cys-3 – що станеться в цьому випадку? Кожен акт кросинговеру залучає одну з сестринських хроматид кожного гомолога, які в цій точці розриваються і зшиваються навхрест; в кожному гомологів друга сестринська хроматида залишається інтактною. У першому поділі мейозу гомологи розходяться, їх вабить центромерами, в яких сестринські хроматиди залишаються з’єднаними один з одним. У разі кросинговеру кожна з залучених до нього хроматид за точкою обміну буде представлена ??хроматидами протилежної гомолога. Відповідно, якщо до мейозу гомологи несли різні алелі деяких локусів, то при розбіжності гомологів в першому поділі мейозу в кожну з двох клітин діади потраплять ідентичні алелі локусів, розташовані між центромерой і точкою обміну – так як це по колишньому сестринські хроматиди, але обидва алелі локусів , розташованих за точкою обміну щодо центромери, оскільки в однієї з двох хроматид гомолога фрагмент між цією точкою і кінцем хромосоми буде обміняний на несестрінскую. У другому поділі мейозу обидві хроматиди гомолога розходяться, разом з усіма своїми алелями, випадковим чином, далі у нейроспори вони проходять ще один мітотичний цикл і дають дві ідентичні суперечки. Саме це ми і спостерігаємо на фотографії – все виглядає так, як якщо б двійки темних і блідих суперечка розташовувалися в аске випадковим чином. Втім, на такий невеликий вибірці ми не можемо сказати цього напевно. Більше того, кроссинговер – процес випадковий. Нам повинні траплятися й аски, в яких кроссинговер між центромерой і локусом cys-3 не мав місця: такі аски повинні виглядати як дві разноокрашенних четвірки, але вони не відрізняються від АСОК, в яких чотири двійки випадково розійшлися саме таким чином. Крім того, нам можуть зустрітися випадки, коли в кроссоверних обмін вступили обидві хроматиди кожної гомолога, і тоді б ми знову мали однакові алелі дистальнее точок цих обмінів. Або одна і та ж хроматида могла двічі вступити в кроссоверних обмін між центромерой і cys-3. Неважко зрозуміти, що при цьому відновилися б батьківські поєднання центромери і алелей локусу cys-3, і ми не відрізнили б такі випадки від випадків, коли кросинговеру не було.

Ще раз зазначу, що в нашому випадку, спостерігаючи суперечки в аске, ми візуалізуем дві точки на хромосомі, несучої локус cys-3 – сам цей локус, за швидкістю забарвлення суперечки, і центромеру – по позиційної інформації, оскільки саме за неї гомологи і хроматиди розтаскуються до різних полюсів клітини відповідно в першому і другому поділі мейозу. У будь-якому випадку саме перші і останні чотири суперечки в аске – нащадки двох клітин діади – успадковують одну з двох центромер гомологів, а в межах цих четвірок дві перші і дві останні суперечки успадковують одну з двох центромер сестринських хроматид. Решта локуси потрапляють у відповідні клітини разом зі «своїми» або «чужими» центромерами залежно від того, чи мали місце події кросоверного обміну між ними і центромерой і якщо мали, то скільки.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Гомеостаз екосистем