Zidul de spori de drojdie permite sporilor să supraviețuiască trecerea prin tractul digestiv al Drosophila

Departamentul de afiliere pentru biochimie și biologie celulară, Universitatea Stony Brook, Stony Brook, New York, Statele Unite ale Americii

Departamentul de Afiliere pentru Neurobiologie și Comportament, Centrul pentru Genetica Dezvoltării, Universitatea Stony Brook, Stony Brook, New York, Statele Unite ale Americii

Departamentul de afiliere pentru biochimie și biologie celulară, Universitatea Stony Brook, Stony Brook, New York, Statele Unite ale Americii

Alison E. Coluccio,
Rachael K. Rodriguez,
Maurice J. Kernan,
Aaron M. Neiman

Cifre

Abstract

În natură, drojdiile sunt supuse prădării de către muștele din genul Drosophila. Ca răspuns la înfometarea nutrițională, Saccharomyces cerevisiae se diferențiază într-un tip de celulă latentă, denumită spor, care este rezistentă la multe tipuri de stres de mediu. Rezistența la stres a sporilor se datorează în primul rând unui perete de spor care este mai elaborat decât peretele celular vegetativ. Raportăm aici că sporii S. cerevisiae supraviețuiesc trecerii prin intestinul Drosophila melanogaster. Pentru această rezistență sunt necesari elementele constitutive ale peretelui sporului care îl deosebesc de peretele celular vegetativ. Ascosporii de drojdie îndepărtată Schizosaccharomyces pombe prezintă, de asemenea, rezistență la digestie de către D. melanogaster. Aceste rezultate sugerează că funcția principală a ascosporului de drojdie este de a fi un tip de celulă specializat pentru dispersarea prin vectori de insecte.

Citare: Coluccio AE, Rodriguez RK, Kernan MJ, Neiman AM (2008) Zidul sporei de drojdie permite sporilor să supraviețuiască trecerea prin tractul digestiv al Drosophila. PLOS ONE 3 (8): e2873. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0002873

Editor: Rodolfo Aramayo, Texas A&M University, Statele Unite ale Americii

Primit: 18 martie 2008; Admis: 15 iulie 2008; Publicat: 6 august 2008

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de grantul NIH GM072540 către A. M. N.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

În absența azotului și a prezenței unei surse de carbon nefermentabile, celulele diploide din drojdia Saccharomyces cerevisiae suferă meioză, iar nucleii haploizi rezultați sunt ambalate în spori [1]. Sporii sunt celule în repaus care prezintă rezistență la o varietate de insulte asupra mediului. Sporii S. cerevisiae se caracterizează printr-un strat gros sau perete de spori, care este mai extins decât peretele celular al celulelor vegetative și acest perete de spori este esențial pentru rezistența sporilor la stresul mediului [2]. Peretele sporului este compus din patru straturi de polimeri diferiți [2]. Cele două straturi interioare constau în principal din manoproteine și beta-glucani și sunt similare cu pereții celulelor vegetative [3]. Al treilea și al patrulea strat (cel mai exterior) sunt specifice sporului și sunt compuse, respectiv, din chitosan și dintr-un polimer care conține dityrosine [4], [5]. Rezistența sporită a sporului la multe solicitări este atribuibilă acestor două straturi de perete exterior [6], [7]. În drojdiile hemiascomicete, cum ar fi sporii Saccharomyces, se formează în mod obișnuit într-un set de patru, numit tetrad, care sunt închise într-un sac, numit ascus [8].

Ciupercile filamentoase formează deseori structuri elaborate pentru a ajuta la dispersia condusă de vânt a conidiosporilor (asexuali) sau ascosporilor [9], [10]. Drojdia nu produce astfel de structuri și s-a sugerat că ascosporii sunt mai degrabă o formă de supraviețuire decât o formă de dispersie [9]. Sporii s-au dovedit a fi rezistenți la tratamentele de laborator, cum ar fi expunerea la vapori de eter sau șocul de temperatură la 55 ° C [6], [11], dar relevanța acestor tratamente pentru stresurile din mediul natural nu este clară. Utilizarea drojdiilor ca sursă de hrană de către speciile de Drosophilid în natură este bine documentată [12]. Studiile anterioare de laborator cu S. cerevisiae și D. melanogaster indică faptul că celulele vegetative sunt ucise prin trecerea prin intestin și că sporii au crescut supraviețuirea, dar acest lucru nu a fost riguros cantitativ [13], [14]. Raportăm aici dovezi directe că sporii prezintă o supraviețuire îmbunătățită față de celulele vegetative care trec prin intestinul Drosophila melanogaster și că mutațiile care afectează în mod specific peretele sporilor le reduc rata de supraviețuire. Mai mult, rezistența necesită straturile unice pentru peretele sporei. Aceste date sugerează că ascosporii S. cerevisiae sunt un tip de celulă specializat pentru dispersarea în mediu prin intermediul vectorilor Drosophila.

Rezultate

Sporii sunt rezistenți la stresurile asociate cu prădarea

Deoarece se crede că o funcție a sporilor este aceea de a permite persistența în mediu, am examinat supraviețuirea sporilor într-o varietate de tratamente care imită stresurile naturale. În această analiză, sporii au fost comparați cu celulele vegetative în două faze de creștere: culturi de fază log care conțin celule înmugurite activ și culturi de fază staționară (Figura 1). Celulele de fază staționară oferă o comparație deosebit de bună deoarece, la fel ca sporii, sunt celule neînvârtite, în repaus, dar lipsite de straturile exterioare ale peretelui sporului. Comparativ cu celulele de fază log, sporii au fost mai rezistenți la toate tratamentele de stres. Cu toate acestea, celulele de fază staționară au fost la fel de rezistente ca sporii la unii dintre factorii de stres, în special acele stresuri menite să imite condițiile meteorologice. Celulele de fază staționară au fost la fel de competente ca sporii la ciclurile de îngheț repetat supraviețuitoare și osmolaritatea crescută, fie cu niveluri ridicate de dextroză, fie cu sorbitol. În plus, celulele de fază staționară au fost comparabile cu sporii în testele calitative pentru supraviețuirea desicării (datele nu sunt prezentate).

Supraviețuirea celulelor vegetative dintr-o cultură saturată (Sat), o cultură de fază log (Log) sau spori (Spo) după expunerea la diferite tensiuni a fost măsurată așa cum este descris în Metode. Pentru fiecare afecțiune, au fost efectuate cel puțin trei experimente independente și s-a determinat procentul mediu de supraviețuire. Pentru grafic, rata de supraviețuire a sporilor a fost definită ca 1 și este prezentată supraviețuirea relativă a culturilor vegetative. Liniile subțiri reprezintă intervalul de supraviețuire relativă. Procentul mediu de supraviețuire a sporilor în fiecare afecțiune a fost: 40% dextroză, 60%; β-glucanază, 244%; Acid acetic, 54%; NaOH, 23%; Eter 52%; Înghețați/dezghețați 94%; 2M Sorbitol, 76%; 42 ° C, 73%; NaCl 5M, 51%.