Herança extranuclear em fungos e em leveduras

Profa. Dra. Adriana DantasUERGS – Bento Gonçalves, RS

Fungos

eucariotos esporos não-fotossintéticos nutrição absortiva modos de reprodução

Tipos morfológicos básicos

Leveduras (Células arredondadas) Micélio (céls.filalmentosas septadas ou não)

Fungos dimórficos

Estrutura dos fungos

Fungos filamentosos (bolores)

Unidade estrutural = HIFA Septada ( dividem as hifas em unidades

celulares uninucleadas) Cenocítica (nao contem septos, celulas longas

e continuas com muitos nucleos)

Conjunto de hifas = MICÉLIO

Comparação entre fungo e bactérias

Heterotrófico, quimioautotrofico, fotoautotrofico, aeróbico, anaeróbico facultativo

Limitado a heterotrófico; aeróbico, anaeróbico facultativo

Metabolismo

Endosporos (não para reproduçao) alguns esporos assexuaisreprodutivos

Produz uma grande variedade de esporos reprodutivos sexuais e assexuais

Esporos

peptideoglicanaGlicanas, mananas, quitina

Parede celular

Esteróis ausentes, com exceção do Mycoplasma

Esteróis presentesMembrana celular

ProcarióticaEucarióticaTipo de célula

BactBactéériasriasFungosFungos

Heterotrófico, quimioautotrofico, fotoautotrofico, aeróbico, anaeróbico facultativo

Limitado a heterotrófico; aeróbico, anaeróbico facultativo

Metabolismo

Endosporos (não para reproduçao) alguns esporos assexuaisreprodutivos

Produz uma grande variedade de esporos reprodutivos sexuais e assexuais

Esporos

peptideoglicanaGlicanas, mananas, quitina

Parede celular

Esteróis ausentes, com exceção do Mycoplasma

Esteróis presentesMembrana celular

ProcarióticaEucarióticaTipo de célula

BactBactéériasriasFungosFungos

Crescimento das Hifas Crescimento das hifas é por alongamento das

extremidades Cada parte de uma hifa é capaz de crescer Fragmento quebrado, esse se alonga e foram uma

nova hifa Em laboratório, os fungos crescem a partir de

fragmentos obtidos de um talo de fungo

Tipos

Hifas vegetativas – obtêm os nutrientes

Hifas reprodutiva ou aérea Responsável pela reprodução Se projeta acima da superfície sobre o

qual o fungo esta crescendo Sustentam os esporos reprodutivos As hifas crescem formam uma massa

filamentosa chamada de micélio, visível a olho nú.

Hifas aéreas

Hifas vegetativas

Aspergillus nidulans

Tipos de Esporos Assexuais

Aspergillus

Cryptococcus neoformans

Candida albicans

Rhyzopus

Aplicações dos fungos

Fornecedores de químicos (antibióticos)

Controle biológico Simbiontes mutualistas Parasitas Bebidas e alimentos Biodegradação Biotecnologia

Neurospora Poky

1952 – Mary Mitchell isolou uma linhagem mutante de Neurospora que chamou de Poky

Caracteristicas (difere do fungo selvagem)

Crescimento lento Apresenta herança materna Quantidades anormais de cromossomos

Citocromo

São proteínas mitocondriais transportadoras de elétrons

Necessária a oxidação para gerar energia sob a forma de ATP

Três tipos de citocromos: a, b e c

Em Neurospora não há citocromo a ou b, há um excesso de citocromo c.

Herança materna

Poky x selvagem

Poky

selvagem x Poky

Selvagem

Organismo haplóide Genitor contribui com a maior parte do citoplasma para a

prole

Chamado genitor materno, mesmo que não exista reprodução sexual

Nos cruzamentos poky x selvagem quaisquer genes nucleares que difiram entre as linhagens parentais segrega de modo mendeliano 1:1 na prole

A Prole poky é transmitida por muitas gerações quando cruzado como fêmeas

Poky tem localização extra nuclear (citoplasma)

Cruzamentos reciprocos de poky x Neurospora normal

Genitor femea contribui com a maior parte do citoplasma para a prole;

Locus nuclear alelos: ad+ e ad- (1:1)

Mutação poky

Fenótipo mutante envolvem as mitocôndrias

Crescimento lento – deficiência de ATP Tem quantidades anormais de citocromos David Luck experimento com marcação

com colina radiotiva nas mitocôndrias, concluiu que mitocôndrias se propagam por multiplicação das mitocôndrias pré-existentes.

Teste do Heterocarion

Usado para detectar herança extranuclear em fungos filamentosos

Realizado em Neurospora e Aspergillus

Conceito: feito com um mutante extra nuclear hipotético (crescimento lento) e uma linhagem portadora de uma mutação nuclear conhecida.

Fundamento genético

Recuperação do fenótipo nuclear mutado do heterocarion em combinação com o fenótipo do mutante de crescimento lento (que esta sendo testado) – surgiu de ma mutação em organela.

Não ocorre diploidia em um heterocarion, não há troca genética entre os nucleos.

O fenótipo de crescimento lento é transferido por contato citoplasmático.

Herança extranuclear

Pode ser reconhecida pela transmissão uniparental (geralmente materna) em um cruzamento ou pela transmissão via contato citoplasmático

Herança materna serve como modelo para reconhecer a herança em organelas

Leveduras

Reprodução mista

Diploidia em leveduras ocorre por fusão nuclear e não por meiose (crossing-over)

Meiose ocorre na formação dos ascosporros

Leveduras

Fungos unicelulares Não-filamentosos Esfericas ou ovais

broto

• Célula parental Célula parental formam uma formam uma protuberância protuberância (broto) na superfície (broto) na superfície externaexterna

• A medida que A medida que cresce, o núcleo da cresce, o núcleo da célula parental se célula parental se divide, e um núcleos divide, e um núcleos migram para o broto.migram para o broto.

• O material da O material da parece celular é parece celular é então sintetizado então sintetizado entre o broto e a entre o broto e a célula parental, e o célula parental, e o broto acaba se broto acaba se separando da célula separando da célula parental.parental.

Leveduras: modo de reprodução

Produz 24 células-filhas por brotamento

Ciclo de vida da levedura

Alelos nucleares Alelos nucleares aa e e de de terminam o tipo reprodutivo;terminam o tipo reprodutivo;

A fusão nuclear entre haplóide A fusão nuclear entre haplóide aa e células e células produz células produz células diplóidesdiplóides

Passa por um ciclo mitótico Passa por um ciclo mitótico (brotamento)(brotamento)

Durante a esporulação ocorre Durante a esporulação ocorre a meiosea meiose

Os brotamentos se tornam Os brotamentos se tornam células filhascélulas filhas

Padrão de herança em leveduras

Quando os brotos diploides sofrem meiose, produtos de cada meiose mostram herança uniparental

Genes nucleares (alelos a e ), segregam padrao mendeliano

Alelos eryR e eryS, determinam a resistencia e a sensibilidade a eritromicina

Mapeamento genoma mitocondrial

Genes em leveduras estão ligados em um cromossomo mitocondrial ou situados em unidades estruturais?

Mapeamento recombinacional Mapeamento pela analise de Petite Mapeamento de Restrição

Mapeamento por Recombinação

Em leveduras, há segregação citoplasmática e recombinação durante a formação de brotos em citohets diplóides

A recombinação envolvendo mitocôndrias é um fenômeno populacional, semelhante a recombinação de fagos

A ligação é detectável apenas para os genes mais próximos

Processo de recombinação é fortemente influenciado por um fator genético especifico (omega - )

Mapeamento pela analise de Petite

Mutaçoes Mutaçoes petite, antR e mit-petite, antR e mit- são herdadas no são herdadas no genoma mitocondrial de levedurasgenoma mitocondrial de leveduras

Se baseia na descoberta de que os petites Se baseia na descoberta de que os petites representam deleções do mtDNArepresentam deleções do mtDNA

Linhagens resistentes a drogas (Linhagens resistentes a drogas (eryeryR) como R) como indutor de mutantes petiteindutor de mutantes petite

eryeryR x R x ery eryS = formam diplóides que formam S = formam diplóides que formam brotos diploidesbrotos diploides

Brotos diplóides são testados quanto a Brotos diplóides são testados quanto a resistência drogasresistência drogas

Petites derivados de diploides são todos eryS?

O evento mutacional original pelo qual surge o fenótipo petite inativa ou destrói o fenotipo grande e o fenótipo resiste a drogas

O fenótipo petite é produzido por grandes deleções do mtDNA

[a] Asc = Ascomycete (Y = yeast or non-filamentous, F = filamentous), Bas = Basidiomycete, Chy = Chytridiomycete, Mon = Monoblepharidales, Zyg = Zygomycete [b] Genome size in bp; C = circular, L = linear[c] NCBI accession number or source of information[d] Genetic code: U = universal; S= standard mitochondria with UGA coding for Trp, rather than termination; Y= yeast codon usage, with AUA coding for Met, not Ile, CUN = Thr, not Leu, and UGA is Trp, not Ter; C = Chlorophycean mitochondrial code with UAG being Leu, not Ter[e] Known polypeptides and ORFs greater than 100 amino acids[f] Fourteen genes common to most fungal mtDNAs; cob, cox1, cox2, cox3, nad1, nad2, nad3, nad4, nad4L, nad5, nad6, atp6, atp8, atp9. Minus signs indicate the absence of the gene indicated[g] Additional known genes: rps3 = small ribosomal protein subunit 3 (also includes small ribosomal protein S5 and Var1); rnpB = RNA component of RNase P. Intron-encoded proteins are excluded[h] Indicates number of rRNA genes (those with asterisk are split) and tRNA genes (those with # contain members that are edited)[i] FMGP = Fungal Mitochondrial Genome Project (http://megasun.bch.umontreal.ca/People/lang/FMGP/seqprojects.html)[j] 86% sequenced

Organism Class Genome Size

/Structure

Acc. #

/Update

Code Total

ORFs

Basic

14

Other ORFs rRNAs

/tRNAs

Reference

Allomyces macrogynus Chy 57,473

C

NC001715

3/96

U 27 all rps3 2

25

Paquin and Lang 1996

Aspergillus nidulans Asc-F 33,300

C

FMGP S ~17 all rps3

rnpB

2

~22

Brown et al. 1985

Candida albicans Asc-Y 40,420

C

NC002653

1/01

Y 12 all 2

30

Anderson et al. 2001

Harpochytrium #94 Mon 19,473

C

FMGP U 14 all 2*

8#

FMGP

Harpochytrium #105 Mon 24,570

C

FMGP U 14 all 2*

8#

FMGP

Hyaloraphidium curvatum Chy 29,593

L

NC003048

8/01

S 18 all 2*

7#

Forget et al. 2002

Hypocrea jeorina

(Trichoderma reesei)

Asc-F 42,130

C

NC003388

2/02

S 19 all rps3 2

26

Chambergo et al. 2002

Neurospora crassa Asc-F 64,840

C

Whitehead Institute

S ~30 all rps3 2

27

Griffiths et al.1995

Pichia canadensis

(Hansenula wingei)

Asc-Y 27,694

C

NC001762

9/95

S 17 all rps3 2

25

Sekito et al. 1995

Podospora anserina Asc-F 100,300

C

NC001329

1/01

S 50 -atp9 rps3 2

27

Cummings et al. 1990

Rhizopus stolonifer Zyg 54,178

C

FMGP U 19 all rnpB 2

24

FMGP

mtDNA leveduras : mtDNA humanomtDNA leveduras : mtDNA humano