2017. november 23. csütörtök
Kelemen, Klementina
Biotechnológia, molekuláris biológia és élettan az mRNS.hu-n

Az info@mrns.hu-ra küldhet linket vagy valamilyen anyagot, amit szeretne, ha hírként bemutatnánk.


Korábbi híreink  |   Keresés:

Kiválasztott hír:
Megosztás: Add az iWiW-hez Add a Facebook-hoz Add a Twitter-hez Add a Google Reader-hez Add a Startlaphoz
Fajok közötti hibridek a Saccharomyces-élesztőknél - 2014-05-28 08:25:34 Hozzászólás írása Hozzászólások száma 0 hozzászólás 
Fajok közötti hibridek a Saccharomyces-élesztőknél

A Saccharomyces genuszba aszkuszos élesztőgombák tartoznak, melyek közül legismertebb a Saccharomyces cerevisiae (pékélesztő, borélesztő). A Saccharomyces-ek laborkörülmények között könnyen fenntartható és vizsgálható élesztők.

Interspecifikus hibridek az eukarióták között.

Az eukarióta szervezetek, különösen a növények esetében a fajok közötti hibridizáció fontos evolúciós szereppel bír. Ugyanakkor általános jelenség az akár közeli rokon fajok esetében is a pre- ill. posztzigotikus izoláció (pl. Wolf et al., 2010). Utóbbi esetében a két faj kereszteződéseképpen létrejövő hibrid életképes, de ivaros szaporodásra képtelen (emiatt evolúciós zsákutcát jelent - erre a legismertebb példa a steril öszvér). Abban az esetben, ha a hibrid organizmus mitotikus szaporodásra képes, a sterilitás ellenére is életképes populációt hozhat létre, amint az pl. a Saccharomyces genuszba tartozó élesztőgombák esetében ismert (pl. Sipiczki, 2008). Így a fajok közötti hibridizációnak fontos szerepe van a borászatilag jelentős élesztőtörzsek létrejöttében - számos különböző hibridet izoláltak már fermentációs körülmények közül Európa-szerte (pl. González et al., 2006; Lopandic et al., 2007; Sipiczki, 2008; Peris et al. 2012a-b).

A posztzigotikus izoláció jelentette akadály megkerülésének egyik módja a poliploidizáció: a poliploid (leggyakrabban tetraploid) hibrid eredetű fajokra számos példa ismert az élővilágban, elsősorban a növények között. Ugyanakkor az azonos genuszba tartozó fajok kereszteződésével létrejött élesztőhibridekről ismert, hogy az allotetraploidizációt követően, bár képesek életképes F1 meiotikus generáció létrehozására, az utódjaik nagyrészt sterilek. Így - elsősorban az aszkuszos élesztők között - megkülönböztethető egy F1 sterilitási barrier, melynek mechanizmusa nem ismert (Greig, 2009). Ez a sterilitási barrier azonban ritka esetekben átléphető (pl. Antunovics, 2005).


Az interspecifikus hibridizáció előfordul a gombák, növények és állatok között is, de evolúciós szerepe és gyakorisága eltérő.


Az interspecifikus hibridizáció a Saccharomyces-élesztőknél

A Debreceni Egyetem Genetika és Alkalmazott Mikrobiológia Tanszékén közel egy évtizede folynak a Saccharomyces-ek és más élesztők hibridizációját vizsgáló kutatások. A S. cerevisiae (borélesztő v. pékélesztő) és a S. uvarum nevű, leginkább hidegen erjesztett borokból ismert élesztőfaj mesterségesen létrehozott hibridjei és azok ivaros utódnemzedékei segítségével vizsgálták az élesztőkre jellemző F1 sterilitási barrier átlépésének mechanizmusát, valamint a hibrid genomokban bekövetkező változásokat, modellezve így a természetben is lezajló folyamatokat (Pfliegler et al., 2012). Korábbi tanulmányok megállapították, hogy az ivaros szaporodásra képes hibridek utódaiban fokozatos genom-stabilizáció ill. redukció játszódhat le, mely az alloploid genetikai állomány egy részének elvesztésével jár (pl. Antunovics, 2005).

A természetes módon létrejött hibrid eredetű törzsek esetén is megfigyelhető az alloploid genom redukciója ill. átrendeződése, valamint az introgresszió jelensége, ezeknek a folyamatoknak pedig - a genom újrarendezése által - jelentős hatásuk van az egyes élesztőtörzsek fiziológiai jellemzőire (pl. Lopandic et al., 2007; Belloch et al., 2009). Emiatt a fajok közötti hibridizáció folyamatának vizsgálata nem csak az evolúciókutatás szempontjából, hanem az élelmiszermikrobiológia és biotechnológia számára is érdekes eredményekkel szolgálhat. Fontos megjegyezni, hogy a mesterségesen keresztezett élesztőtörzsek nem számítanak GMO-nak (genetikailag módosított organizmusnak), így felhasználásuk az élelmiszeriparban engedélyezett.

A hibrid élesztők ivaros generációiban fellépő genomszintű változások hatását a törzsek fiziológiai tulajdonságaira a már említett S. cerevisiae x S. uvarum, valamint az S. cerevisiae és a S. kudriavzevii nevű faj hibridjei és azok utódai segítségével vizsgálták a bécsi Universität für Bodenkultur-ral közösen, összehasonlítva őket a szülői törzsekkel, valamint a természetből izolált hibrid eredetű törzsekkel (Pfliegler et al. 2014).

A S. cerevisiae és S. uvarum fajok hibridjeit ill. azok utódnemzedékeit vizsgálva elsősorban a S. uvarum szülőfajtól származó szubgenomot érintő változások voltak kimutathatóak, vagyis a hibridekben az egyik szubgenom dominánsabb a másiknál. Így pl. a hibridekben kizárólag a cerevisiae faj mitokondriumai találhatók meg, míg a másik fajéi nem öröklődnek tovább. A hibridek sterilitásának ill. fertilitásának vizsgálata során sikerült felderíteni az F1 sterilitási barrier átlépésének okát ill. mechanizmusát: a hibrid élesztőkben az egyik szülőfajtól származó, párosodási típust hordozó kromoszóma elvesztésével alakulhat ki az ivaros szaporodás öröklődő képessége, vagyis az F1-strerilitás által jelentett barrier áttörhető. Az élesztők párosodási típusai a "magasabb rendű" élőlények ivaraival analógok, a kétféle párosodási típust a S. cerevisiae fajnál a III. kromoszómán elhelyezkedő MAT lokusz kétféle allélje határozza meg. A diploid sejtekben mindkét allél jelen van, ezek a sejtek más sejtekkel nem párosodnak, meiózissal pedig spórákat hozhatnak létre. Az eredményeink alapján felállított modell szerint a tetraploid hibridekben a meiózis során elveszhet az egyik MAT-lokuszt hordozó kromoszóma, így az a létrejövő aneuploid utódokba nem jut be. Emiatt ezekben a ritka esetekben a hibrid eredetű F1 nemzedék tagjaiban egyetlen MAT-példány marad meg. Így a kromoszómát vesztett törzsek sejtjei képesek a párosodásra, ezáltal pedig a majdnem-tetrapolid állapot visszaállítására is. Ennek következtében ezek a törzsek egyrészt képesek az ivaros szaporodására, másrészt utódaik is továbbszaporodhatnak. Ez az első ismert folyamat, melynek során fajok közötti hibrid élőlények kromoszómavesztés által válnak fertilissé.


A kromoszómavesztés következtében kialakuló F1-fertilitás mechanizmusa.


A hibridek és utódaik fiziológiai változásaira, valamint a genomi és fiziológiai változások kapcsolatára irányuló vizsgálatok keretében a legfontosabb kérdések: (1) Hogyan változik a hibrid élesztők genomja az evolúciójuk során? Az ún. fingerprinting-módszerekkel valamint a kromoszómák és egyes gének vizsgálatával kapott eredmények megmutatták, hogy egyik vagy mindkét szubgenomban diverz változások mehetnek végbe, illetve, hogy ezek a hibrid genomok néhány generáció alatt állandó körülmények között stabilizálódhatnak is. (2) Hogyan változik a hibrid élesztők fenotípusa az evolúciójuk során? A vizsgált hibridek és azok utódai bizonyos tulajdonságokban felül-, másokban pedig alulmúlták a szülői törzseket. A hibridizációval új fenotípusok létrejötte is megfigyelhető bizonyos esetekben.

A természetben előfordulnak nemcsak 2, hanem 3 faj kereszteződésével létrejött élesztőhibridek is, melyek különösen érdekesek a genom-stabilizáció (és redukció) vizsgálata szempontjából. Jelenleg is folynak a mesterségesen előállított kettős és hármas hibridekkel kapcsolatos genetikai kutatások, melyeket a Nemzeti Kiválóság Program támogat.


A kutatás a TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.


Irodalom:

Antunovics Z, Nguyen HV, Gaillardin C & Sipiczki M (2005) Gradual genome stabilisation by progressive reduction of the Saccharomyces uvarum genome in an interspecific hybrid with Saccharomyces cerevisiae. FEMS Yeast Res 5: 1141–1150.

Belloch C, Pérez-Torrado R, González SS, Pérez-Ortyn JE, García-Martínez J, Querol A (2009) Chimeric genomes of  Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces kudriavzevii. Appl. Environ. Microbiol. 75: 2534-2544.

González SS, Barrio E, Gafner J & Querol A (2006) Natural hybrids from Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus and Saccharomyces kudriavzevii in wine fermentations. FEMS Yeast Res 6: 1221–1234.

Greig D (2009) Reproductive isolation in Saccharomyces. Heredity 102: 39–44.

Lopandic K, Gangl H, Wallner E, Tscheik G, Leitner G, Querol A. (2007) Genetically different wine yeasts isolated from Austrian vine-growing regions influence wine aroma differently and contain putative hybrids between Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces kudriavzevii. FEMS Yeast Res 7: 953-965.

Sipiczki M (2008) Interspecies hybridisation and recombination in Saccharomyces wine yeasts. FEMS Yeast Res 8: 996–1007.

Peris D, Belloch C, Lopandic K, Álvarez-Pérez JM, Querol A, Barrio E (2012a) The molecular characterization of new types of Saccharomyces cerevisiae x S. kudriavzevii hybrid yeasts unveils a high genetic diversity. Yeast 29: 81-91.

Peris D, Lopes CA, Belloch C, Querol A, Barrio E (2012b) Comparative genomics among Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii natural hybrid strains isolated from wine and beer reveals different origins. BMC Genomics 13 Article No. 407.

Pfliegler WP, Antunovics Z, Sipiczki M (2012) Double sterility barrier between Saccharomyces species and its breakdown in allopolyploid hybrids by chromosome loss. FEMS Yeast Res. 12: 703-718.

Pfliegler, WP, Atanasova L, Karanyicz E, Sipiczki M, Bond U, Druzhinina IS, Sterflinger K, Lopandic K. (2014) Generation of new genotypic and phenotypic features in artificial and natural yeast hybrids. Food Technology and Biotechnology 52(1): 46-57.


2014.május.27.

Dr. Walter P. Pfliegler
Cikk ajánlása » email:
Hozzászólás írása
Hozzászólás
 

Ez a cikk még nem lett értékelve.

Értékelje ezt a cikket! 


Hirdetés
Email cím:
Jelszó:

Regisztráció »
Elfelejtett jelszó »
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt: itt ellenőrizheti
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt:
itt ellenőrizheti
.
Oldal ajánlása (email):
Az ajánlót küldi (név):
Hirdetés