Гриби як модельні

об'єкти в біології

Акулов О.Ю.,

кафедра мікології

та фітоімунології,

ХНУ ім. В.Н. Каразіна

Назва виду кількість згадувань

в Google академія

Boletus edulis 4 960

Podospora anserina 5 840

Amanita phalloides 6 130

Agaricus bisporus 17 700

Dictyostelium discoideum 33 500

Schizosaccharomyces pombe 74 400

Neurospora crassa 75 700

Drosophila melanogaster 398 000

Saccaromyces cerevisiae 653 000

Dictyostelium discoideum

(Диктіостеліум дископодібний)

Життєвий цикл Dictyostelium discoideum

агрегація амеб Dictyostelium discoideum

і формування псевдоплазмодію

поширення

спіральних хвиль цАМФ

Фолієва кислота

цАМФ (акразін) DIF

(Дифф. Фактор)

Дісаденін

Сигнальні молекули в житті

Dictyostelium discoideum

Oscar Brefeld

описано явище

хемотаксису, 1869 р.

G-білки і цАМФ-залежна

сигнальна система

Історія вивчення вторинних месенджерів починається з досліджень

Сатерленда та ін. (1959 р.), які показали, що розпад глікогену в печінці

ініціюється ферментом аденілатциклазою, що каталізує перетворення

внутрішньоклітинного АТФ на цАМФ

Martin Rodbell Alfred Gilman

Нобелівська премія, 1994 р.

відкриття G-білків, 1987 р.

Формування плодового тіла

у Dictyostelium discoideum

Використання Dictyostelium discoideum:

- при вивченні агамних відносин, а також

становлення статевого процесу у еукаріотів;

- диференціація клітин при переході від

одно- до багатоклітинності;

- апоптоз (клітини ніжки, макроцисти);

- цАМФ-залежний сигнальний шлях;

- хемо та фототаксиси;

- геноміка та протеоміка

Physarum polycephalum

(Фізарум багатоголовий)

Physarum polycephalum - модельний

об'єкт при вивченні роботи цитоскелету

Аналіз «інтелекту» у

Physarum polycephalum

Physarum polycephalum реагує на такі подразники, як їжа і світло.

На основі плазмодію гриба була створена світлочутлива система

управління шестиногим роботом-павуком. Плазмодій в спеціальному

резервуарі був поміщений всередину мікросхеми. До резервуару ведуть

кілька трубок, по яких надходять поживні речовини. Плазмодій утворює

своєрідний аналог логічного елемента ТАК чи НІ на транзисторах

Біочіп (Біопроцесор)

Saccharomyces cerevisiae

(Пекарські дріжджі)

традиційно використовувалися

для спиртового бродіння і

отримання дріжджового тіста

Пивні дріжджі часто використовують

в фармакології як пробіотики

Eduard Buchner

Нобелівська премія, 1907 р.

виникнення науки «Біохімія»

у 1897 р. була опублікована стаття

«Alkoholische Gärung ohne Hefezellen»

(Спиртове бродіння без дріжджових

клітин) в якій були вперше

охарактеризовані ензими (зимаза)

доведено, що це не таємнича

«життєва сила»,

а компонент цитоплазми клітини

Слово «фермент» (від лат. «бродіння») було введено в обіг

Jan Baptist van Helmont 1662 р.,

а слово «ензим» (від грец. «з + дріжджів») - Wilhelm Kühne в 1878 р.

Життєвий цикл Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae як модельний

об'єкт молекулярної біології - примітивні одноклітинні еукаріоти;

- легко культивуються in vitro;

- висока швидкість росту і біосинтетична активність;

- малий геном (6275 генів)

- вивчення експресії генів;

- вивчення білок-білкових взаємодій

(метод двугібридного скринінгу, 1989 р.);

- заміна окремих амінокислот у білку;

- конструювання нових білків;

- конструювання активних центрів;

- зміна функцій білків;

- вивчення дії фармпрепаратів;

- вивчення типів спарювання і

вегетативної несумісності

в життєвому циклі переважає диплофаза !!!

метод генетичного аналізу, заснований на одночасному вивченні

генотипів всіх чотирьох гаплоїдних продуктів мейозу окремої

диплоїдної клітини

ТЕТРАДНИЙ АНАЛІЗ

Мейоз

зигота тетрада

Мітоз

октада

- встановити генотип вихідних

диплоїдних клітин;

- стежити за поведінкою окремих генів,

центромер, хромосом в мейозі;

- визначити частоту виникнення

кросинговеру;

- проводити картування генів

відкрито явище конверсії генів, коли одна

з гомологічних хромосом служить донором,

а інша реципієнтом генетичної інформації

Carl Lindegren

Тетрадний аналіз був розроблений в 1949 р.

ТЕТРАДНИЙ АНАЛІЗ ДОЗВОЛЯЄ:

Schizosaccharomyces pombe описаний в 1893 р. Lindner як продуцент африканського пива «помбе»

- в життєвому циклі переважає

гаплофаза (фенотипічний прояв

мутацій в рецесивних генах);

- в геномі лише 3 хромосоми

(у S. cerevisiae - 16) Зручна модель в генетиці

і при вивченні клітинних циклів

Paul Maxime Nurse

Нобелівська премія, 2001 р.

Описана регуляція клітинного

циклу за допомогою циклінів і

циклін-залежних кіназ (CDK)

Neurospora crassa (Нейроспори густа) «червона хлібна цвіль»

Життєвий цикл Neurospora crassa

гіпотеза:

«Один ген - один ензим», 1941 р.

отримання ауксотрофності

мутантів за допомогою

рентгенівських променів (з 1937 р.)

Нобелівська премія, 1958 р.

виникнення

біохімічної генетики

Біосинтез метіоніну у Neurospora crassa

(за Дж. Бідл та Е. Татум)

генетично детерміновані

ензимодефіціти у людини:

фенілкетонурія - мутація гену

фенілгідролази (синтез тирозину)

альбінізм - мутація гену

тирозинази (синтез меланіну)

гіперурікемія (синдром Леша -

Найхана) - мутація гену

гіпоксантин-гуанін фосфорибозил

трансферази (утилізація пуринів)

Рання дитяча амавротична

ідіотія (хвороба Тея - Сакса) -

мутація гену N-ацетілгексоз-

амінідази A (розщеплення N-

ацетілгалактозаміна в клітинах

мозку)

- ординоване (упорядковане)

розміщення аскоспор в асках

- в життєвому циклі

переважає гаплофаза

(рецесивні ознаки проявляються

в першому поколінні);

- геном - 7 хромосом, 10 тис. генів;

- доля кодуючих

послідовностей 90%;

- до 2003 р. геном був повністю

секвеновиний

Neurospora crassa - класичний

модельний об'єкт в генетиці:

впорядковане розташування спор в аску визначається тим,

що осі вететена при мейозі однаково орієнтовані, і тому

дочірні ядра розташовуються поруч

ТИПИ ТЕТРАД і ОКТАД:

Формування октад у Neurospora crassa

M1 M2

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

a

a

a

a

a

a

a

a

a

a

Формування октади без кросинговеру

Формування октади з кросинговером

M1 M2

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

a

a

a

a

a

a

a

a

a

a

Формування октади з кросинговером

Вивчення циркадних ритмів у Neurospora crassa

Lee K, Loros JJ, Dunlap JC (2000) Interconnected

feedback loops in the Neurospora circadian system.

Science. 289: 107-10. Aronson BD, Johnson KA, Loros JJ, Dunlap LC (1994)

Negative feedback defining a circadian clock:

autoregulation of the clock gene frequency. Science. 263:

1578-84.

2001 р.

узагальнено інформацію

про всі відомі мутації

Ascobolus immersus

КОПРОТРОФНІ ГРИБИ

Особливості життєвого циклу

копротрофних мікроміцетів

плодові тіла

на гної

відстрілюють спори

спори прилипають

до трави

спори активуються

в шлунково-кишковому

тракті тварини

спори проростають

в гної

Podospora anserina (Подоспора гусяча)

роль Podospora anserina в розвитку геронтології

Karl Esser, генетик

обраний почесним членом Міжнародного геронтологічного товариства за

роботи з молекулярної генетики копротрофного гриба Podospora

Міцелій гриба після декількох днів

зростання починає старіти - гіфи

тоншають, вакуолізуються, на їх кінцях

утворюються здуття, ріст припиняється

К. Ессер встановив причини старіння і

виявив, що в одному з мітоходріальних

генів перед трансляцією вирізається

ділянка (інтрон), який залишає

мітохондрію, замикається в кільце,

репликується і викликає описані

переродження

Sordaria fimicola (Сордарія гнойова)

дослідження наслідування

забарвлення спор у Sordaria fimicola

PILOBOLUS SPP.

trophocy

st

sporangiophore

sporangiu

m

substrate

Eremothecium (= Ashbya) gossipii

описаний в 1926 р. Ashby і Novel

як збудник стігматомікозу

бавовнику

один з найдавніших міцеліальних

представників відділу Ascomycota

- 95% генів ідентичні Saccharomyces cerevisiae;

- має 4718 генів, що кодують білки;

- мінімальна кількість повторів в геномі;

- має гаплоїдний міцелій;

- добре росте в чистій культурі

Eremothecium (=Ashbya) gossipii

модельний об'єкт: 1. в генетичних дослідженнях: - координація роботи ядер в

багатоядерній клітині;

- регуляція митозів - білки септини;

- автономія ядер в клітині

(розподіл «зон впливу» на інші органели);

- вплив голоду на активність геному -

циклін-залежні кінази;

- регуляція транскрипції

2. вивчення механізмів

полярного росту гіф

3. тестування нових фунгіцидів

4. отримання рибофлавіну (В2)

проростання сумкоспори і формування

вегетативних гіф у Eremothecium gossypii

відкриття явища - Reinhardt M.O.,

«Das Wachsthum der Pilzhyphen» (1892 р.)

Апікальний ріст гіф грибів

апікальне тільце

(spitzenkörper)

апарат

Гольджі

мітохондрії

мікротрубочка

Ап

іка

ль

на

діл

ян

ка г

іфи

Субап

іка

ль

на

діл

ян

ка г

іфи

везикули

навколо

апікального

тільця

Механізм апикального росту гіф

Структура клітинної стінки

у справжніх грибів

Механізм апикального росту гіф

spitzenkörper

Aspergillus nidulans

Guido Pontecorvo у 1956 р. був описаний

парасексуальний процес у грибів

Нобелівський лауреат

Max Ludwig Delbruck

у 1940-і рр. на цьому грибі вивчалася

сенсорна фізіологія грибів

(на прикладі реакції на світло)

Phycomyces blakesleeanus

відкриття фітогормонів

у 1926 р. японський вчений Е. Куросава

описав хворобу рису Bakanae

(Foolish seedling), що викликається

грибом Gibberella fujikuroi

гібереліни

у 1935 р. Т. Ябута виділив з цього гриба

гормони - гібереліни

Magnaporthe grisea (Магнапорте сірий)

збудник пірікуляріоза рису

- захист клітинних стінок від ферментативного лізису;

- захист від УФ-випромінювання і висихання;

- підвищення механічної міцності покривів;

- меланін-залежний механізм

формування інфекційних гіф у фітопатогенів

Роль меланіну в життя грибів: