Məlumat

Göbələklərdə cütləşmə növləri (və somatoqamiya)

Göbələklərdə cütləşmə növləri (və somatoqamiya)


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Göbələklərin cütləşmə növləri ilə bağlı bəzi suallarım olacaq.

  1. Tək bir spor yalnız bir cütləşmə növünə malik olan miselyum yaradır? Ümumilikdə deyilsə, Ascomycota və Basidiomycota fərdi miselyumda yalnız bir cütləşmə növünə malikdirmi?

  2. Homotalizm və heterotalizm fərdi miselyumun və ya növün xüsusiyyətləridir? Kitabımda və internetdə tapdığım təriflər məni çaşdırır. Mən başa düşürəm ki homotalizm miselyumun (yalnız bir cütləşmə növünə malikdir və ya hermafrodit heyvanlara bənzər bir çox cütləşmə növünə sahib ola bilərmi? bax. sual 1) özü ilə cütləşə bilən (əgər bir çox cütləşmə növünə sahib ola bilirsə və onunla cütləşə bilirsə) mülkiyyətidir. özü yalnız müxtəlif cütləşmə tipli gametlərdən istifadə etməklə, hələ də homotallikdir?) və heterotalizm homotallik olmayan miselyumun mülkiyyətidir, amma başa düşdüyümə əmin deyiləm, çünki oxudum homotallikheterotallik növlər həm də: homotallik növ ən azı bəzi fərdlərin homotallik olduğu, bütün fərdlərin homotallik və ya başqa bir şey olduğu bir növdürmü?

  3. Əminəm ki, cütləşmə növü ən azı gametləri xarakterizə edən bir xüsusiyyətdir, lakin bu, fərdi hüceyrələrin də xüsusiyyətidirmi? Nümunə olaraq bilirəm ki, bir çox göbələk növləri arasında ziqot əmələ gətirmək üçün iki gametin iki fərqli cütləşmə növünə aid olması zəruridir. Bəzi göbələklər, Basidiomycota arasında bir qayda olaraq, somatoqamiya ilə çoxalırlar, yəni ziqotu yaradan nüvələr gametlərdən başqa, somatik hüceyrələrdəndir. Belə hallarda, homotallik miselyumun somatik hüceyrələrinin plazmoqamiya keçirdikləri tipdən fərqli bir tipə aid olması zəruri olan növlər varmı? Hər hansı bir cavab üçün çox sağ olun!


Fon:

Əksər göbələklər cinsi və cinsi yolla, bəziləri isə hətta paraseksual yolla çoxala bilirlər. Göbələklərin çoxalması mürəkkəbdir!

İdiomorflar eyni lokusdadırlar (alellər kimi), lakin zülalın bir variantını deyil, tamamilə fərqli bir zülal istehsal edirlər.

Heterotalik - həm də autbredinq adlanır: kişi və qadın reproduktiv strukturları müxtəlif fərdlərdə olur. Tərəfdaşların uyğun MAT idiomorfları ilə əks cütləşmə növləri var

Homotalik - həm də qohumluq adlanır: eyni fərddə kişi və qadın reproduktiv strukturları. Tərəfdaşlar eyni cütləşmə növünə malikdirlər, lakin hər iki MAT idiomorfları eyni genomda mövcuddur və cütləşmə tipli keçiddə istifadə olunur.

Heterotallik növlərin homogen uyğunsuzluğu deyilir, heterogen uyğunsuzluq müxtəlif ştammlar arasında heterotallik kəsişmənin nəsli mənfi heteroz göstərdikdə baş verir. Yalnız cinsi fazada hərəkət edən görünən heterogen uyğunsuzluğun formaları var.

Qeyd edək ki, cütləşmə növü və cinsi eyni deyil, çünki cinsiyyət cütləşmə quruluşu ilə müəyyən edilir və cütləşmə növü cinsi quruluşa yalnız nüvə tərkibinə təsir göstərə bilməz.

Cavablar:

1. Mən əmin deyiləm, amma mənim başa düşdüyüm budur ki, haploid spor eyni cütləşmə tipli haploid miselyum yaradacaq. Nəzərə alın ki, işlər daha da mürəkkəbləşə bilər, çünki bifaktorial uyğunsuz cütləşmə növləri (məsələn, iki əlaqəsiz cütləşmə yeri) ola bilər.

2. Homotalizm və heterotalizm növlərin xüsusiyyətləridir

3. Burada sualı başa düşdüyümə tam əmin deyiləm. Basidiomycota (Klub göbələkləri) + və ya - cütləşmə tipli miseliyalar həyat dövrünün çox hissəsi üçün dikaryotik (iki nüvəli) miselium əmələ gətirmək üçün birləşəcəklər. Yalnız əlverişsiz şəraitdə karioqamiya (haploid nüvələrin birləşməsi) diploid hifləri və meyvəli cisimləri meydana gətirəcək, burada yeni miseliyalar yaradacaq cütləşmə növləri ilə haploid sporlar yaratmaq üçün meioz baş verəcəkdir. Buradakı həyat dövrünü çətinləşdirən şeylərin bir hissəsi diploid somatik hüceyrələrin hər iki cütləşmə növünə sahib olacağını xatırlamaqdır. (Həyat dövrü)


Cinsiyyət, kənarlaşma və cütləşmə növləri: göbələklərdə və ondan kənarda həll olunmamış suallar

Orqanizmlərin çoxalma üsulunun dəyişkənliyi təkamül biologiyasında çoxsaylı və hələ də həll olunmamış suallar doğurur. Bu araşdırmada göbələklərin model eukaryotlar kimi çoxsaylı üstünlüklərinə görə bu sualları həll etmək səylərində daha çox diqqətə layiq olduğunu vurğulayırıq. Çox sayda reproduktiv rejim və cütləşmə sistemləri göbələklərdə tapıla bilər, yaxından əlaqəli növlər arasında bir çox təkamül keçidi var. Bundan əlavə, göbələklər cütləşmə sistemlərində mühüm təkamüllə bağlı suallara aydınlıq gətirmək potensialına baxmayaraq, indiyə qədər az diqqət çəkən bəzi xüsusiyyətlər nümayiş etdirirlər. Xüsusilə, bir çox göbələklərdə diploid mərhələdən əlavə, haploid mərhələdə baş verə bilər, bu, ümumiyyətlə heyvanlarda və bitkilərdə mümkün deyil, lakin genetik sistemlərin quruluşuna dramatik təsir göstərir. Göbələklər eksperimental təkamüldə tədqiqatlar üçün onları sürüklə bilən modellər edən bir sıra üstünlükləri də təqdim edirlər. Burada, biz göbələklərin həyat dövrlərinə diqqət yetirərək, aseksual və cinsi çoxalmanın təkamülü və saxlanması və özünü həyata keçirmə ilə kənarlaşma ilə bağlı həll edilməmiş sualları və mövcud fərziyyələri qısaca nəzərdən keçiririk. Daha sonra biz göbələklərdən bu uzun müddətdir davam edən sualları həll etmək və bütün eukariotlarda cinsi çoxalma və cütləşmə sistemləri haqqında anlayışımızı inkişaf etdirmək üçün necə istifadə oluna biləcəyini təklif edirik.


Giriş

Çoxalma prosesi canlı aləmdəki ən dəyişkən əlamətlərdən biridir, orqanizmlər ya klonal, ya da cinsi yolla, ikinci halda isə öz-özünə və ya kənara çıxaraq nəsil verirlər (təriflər üçün Lüğətə baxın). Orqanizmin reproduktiv rejimini formalaşdıran amillərin başa düşülməsi əsas əhəmiyyət kəsb edir, çünki irsiyyət nümunələri əsas təkamül və ekoloji proseslərə kəskin təsir göstərir (uyğunlaşma, məsələn, Charlesworth & Charlesworth, 1995 Otto, 2009 colonization, məsələn, Busch, 2011 Richards, 2003) biotexnologiya, seleksiya və süni seleksiyanın tətbiqi sahələri (Whitton və b., 2008), konservasiya biologiyası (məsələn, Fréville və b., 2007), növ işğalı (Barrett, 2011) və patogen təkamül və nəzarət (Şi) və b., 2000 Zuk, 2009).

Cinsi və ya aseksual çoxalmanın yayılması eukariotlar arasında çox dəyişkəndir, taksonların böyük əksəriyyəti ya yalnız (məsələn, məməlilər) və ya alternativ olaraq klonallıqla (məsələn, aphidlər, kirpiklər, bir çox angiospermlər və göbələklər) cinsi çoxalma həyata keçirə bilir. Cinsi çoxalma haploid və diploid fazaların ardıcıllığını, rekombinasiya və xromosom seqreqasiyasının baş verdiyi meiozla baş verən keçidləri və iki haploidin birləşdiyi sinqamiyanı nəzərdə tutur. Yalnız aseksual çoxalmaya əsaslanan eukariotların uzunmüddətli davamlılığı nadirdir və məşhur bdelloid rotiferləri əhatə etdiyi düşünülür ( Welch və b., 2000), Glomeromycota göbələkləri (Kun və b., 2001), bəzi həşəratlar və bəzi bitkilər (Judson & Normark, 1996). Hətta bu dərslikdəki aseksuallıq nümunələrində belə, son tədqiqatlar sirli cinsiyyətin baş verməsini təklif edir, çünki meiotik mexanizm üçün lazım olan bütün genlər genomlarda saxlanılır (Şurko və b., 2009 Halari və b., 2011 ).

Sinqamiyada haploidlərin birləşməsini tənzimləyən cütləşmə sistemləri də çox dəyişkəndir: əksər növlər əsasən öz-özünə və ya kənarlaşmağa məruz qalır, bir neçə növ isə həm heyvanlarda, həm də bitkilərdə qarışıq cütləşmə sistemi nümayiş etdirir (məsələn, Jarne & Auld, 2006 Igic & Kohn, 2006). ). Outcrossing, ayrı-ayrı diploid fərdlər tərəfindən istehsal olunan haploid hüceyrələr arasındakı sinqamiya nəticəsində, selfing isə eyni diploid fərd tərəfindən istehsal olunan haploid hüceyrələr arasındakı sinqamiya nəticəsində yaranır (Şəkil 1 və 2). Özünə çevrilmə bitki və heyvanlarda tək diploid fərdin meiozlarından əmələ gələn gametlərin birləşməsi yolu ilə baş verir ki, bu da diploid selfing adlanır. Bəzi eukariotlarda, xüsusən də askomiset göbələkləri, mamırlar, qıjılar və bəzi yosunlar kimi haploid həyat mərhələsi uzun olanlarda, bəzən eyni haploid hüceyrənin iki mitotik nəslinin birləşməsi ilə mümkündür ki, bu da intrahaploid cütləşmə, intraqametofitik selfing adlanır. (Hedrick, 1987), eyni klonlu cütləşmə (Perrin, 2012), gametofitik öz-özünə (Epinat & Lenormand, 2009) və ya haploid öz-özünə (Bilyard) və b., 2011). Diploid selfing və haploid selfing genetik quruluş üçün çox fərqli nəticələrə səbəb ola bilər və eukaryotlarda onların baş verməsini təsvir etmək üçün müxtəlif terminlərin tətbiqinə diqqət yetirilməlidir.

Homotalik və heterotallik göbələklərdə və oomisetlərdə müxtəlif mümkün çoxalma üsullarının sintetik görünüşü. *Heterotallik oomisetlər üçün bəzi diploid selfing mümkün ola bilər, lakin yalnız fərqli cütləşmə partnyorunun iştirakı ilə, yəni həm də kənarlaşma həyata keçirildikdə.

Göbələklərdə müxtəlif çoxalma və cütləşmə sistemlərinin təsviri.

Cütləşmə sistemlərinə nəzarət edən yaxın mexanizmlər də çox müxtəlifdir (bəzən “damazlıq sistemləri” adlanır, Neal və Anderson, 2005) məcburi kənarlaşma, məsələn, (i) ayrı-ayrı cinsin mövcudluğu ilə nəticələnə bilər. ayrı-ayrı cinslərin təkamülündən məsul olan qüvvə), (ii) cinsi morflar (məsələn, angiospermlərdə heterostiliya, burada müxtəlif stiqma və pistil uzunluqlarına malik iki morfun populyasiyalarda bir yerdə olması, cütləşmənin yalnız müxtəlif morflara malik fərdlər arasında mümkün olması), (iii) molekulyar tanınma mexanizmlər (məsələn, angiospermlərdə öz-özünə uyğunsuzluq sistemləri) və ya (iv) fərddə kişi və qadın gametlərinin istehsalında asinxroniya (bax. Barrett, 2010). Özünü tutma meyli, məsələn, açılmayan hermafrodit çiçəklər (kleistoqamiya) və ya eyni fərddən olan gametlər arasında inkişaf yaxınlığı ilə nəticələnə bilər (Giraud). və b., 2008 ).

Bioloqlar bir əsrdən artıqdır ki, bu cür üstünlüklərin təkamülünə məsul olan amilləri müəyyən etmək üçün mübarizə aparırlar. Cinsi çoxalmanın müxtəlif eukariotlarda müstəqil şəkildə itirilməsi (göbələklərdə, Bilyardda nəzərdən keçirilir) və b., 2011 Lobuglio və b., 1993 López-Villavicencio və b., 2010 Kuhn və b., 2001 mikrosporidiyada, Ironside, 2007 heyvanlarda, Simon və b., 2003 və bitkilərdə, Whitton və b., 2008). Bununla belə, uzun müddət aseksual hesab edilən bəzi növlərin gizli cinsi əlaqəyə girdiyinə dair artan sübutlar var ( Burt və b., 1996 Schurko və b., 2009 Lee və b., 2010). Buna baxmayaraq, şübhəsiz ki, bir çox fərqli taksonomik qruplarda qədim aseksual nəsillər mövcuddur, məsələn, hər bir hüceyrənin iki nüvəsindəki allellər arasındakı fərqin o qədər böyük olduğu Meselson effekti ilə aşkar edildiyi kimi, bu, yalnız uzun bir divergensiya ilə izah edilə bilər. rekombinasiya olmadan (Kun və b., 2001 Enjalbert və b., 2002 Roose-Amsaleg və b., 2002 Schurko və b., 2009). Eynilə, bir çox bitki qruplarının təkamülündə kənara çıxmaq və özünü seçmə üstünlükləri arasında keçidlər müstəqil şəkildə baş vermişdir (məsələn, heterostilliyin qazanc və ya itkisi, məsələn, Barrett & Shore, 2008 Busch, 2011 və heyvanlarda, Jarne & Auld, 2006).

Təkamülçü bioloqlar xüsusi reproduktiv rejimlərin əldə edilməsini fitness faydaları və xərcləri baxımından izah etməyə çalışırlar. Cinsi çoxalma aseksual çoxalma ilə müqayisədə enerji, genetik ötürülmə və demoqrafik məhdudiyyətlər vasitəsilə fitnes xərclərinə səbəb ola bilər (bax: Otto, 2009 Lehtonen və b., 2012, rəylər üçün). Cinsiyyət yalnız öz genləri ilə töhfə verən və birbaşa nəsil yaratmayan kişilərə ehtiyac duyduqda, qadınların kişilərdən asılı olmayaraq, ya aseksual, ya da müxtəlif özünü mayalanma formaları ilə çoxalmasına imkan verən mutasiyanın zəbt etməsi gözlənilir, çünki onun nəsli iki dəfə sürətlə böyüyür. ata-baba nəslindən (məşhur “erkəklərin ikiqat dəyəri” Maynard Smith, 1978). Rekombinasiya, əlavə olaraq, rekombinasiya yükü adlanan çoxsaylı lokuslarda allellərin yerli uyğunlaşdırılmış birləşmələrini poza bilər. Hətta ayrı-ayrı cinsləri olmayan və ya kənara çıxmayan orqanizmlərdə belə, meiozun özü baha başa gələ bilər, çünki mitotik hüceyrə bölünməsindən daha çox vaxt və enerji tələb edir. Cinsi əlaqə ilə bağlı digər məsrəflər xüsusi sistemlərdə tətbiq oluna bilər: həyat yoldaşı tapmaq və arvadbazlıq etmək xərcləri, yırtıcılıq və ya cinsi yolla ötürülən xəstəliklərə və ya parazitar genetik elementlərə yoluxma riski. Digər tərəfdən, cinsin zərərli mutasiyaların yığılmasını məhdudlaşdırmaqla və xüsusilə məkan və zaman baxımından dəyişən mühitlərdə yeni və faydalı genetik birləşmələr yaratmaqla həm yaxın (məsələn, DNT təmiri), həm də son fayda təmin etdiyi hesab edilir. Yalnız aseksual çoxalmaya məruz qalan və ya məcburi özünü idarə edən nəsillər əslində yüksək nəsli kəsilməyə meyllidirlər (Beck) və b., 2011 Qoldberq və b., 2010 Igic və b., 2008 Simon və b., 2003 ).

Çox müxtəlif reproduktiv strategiyalar nümayiş etdirən bioloji qruplar cinsiyyət və cütləşmə sistemlərinin təkamülünün əsasını təşkil edən amilləri müəyyən etmək üçün unikal imkanlar təqdim edir. Nəzəriyyələrin və müşahidələrin əksəriyyəti onurğalılar, həşəratlar və bitki modellərinə əsaslanırdı, halbuki daha müxtəlif reproduktiv strategiyaları olan eukaryotların digər qrupları çox vaxt müzakirələrdən kənarlaşdırılıb (Birky, 1999). Göbələklər kimi qruplar bu mövzuları öyrənmək üçün əla modellərdir (Lee və b., 2010 Bilyard və b., 2011 Whittle və b., 2011). Göbələklərə məcburi cinsi növlərə malik növlər daxildir (məsələn. Mikrobotryum, Giraud və b., 2008), həm cinsi, həm də aseksual çoxalma nümayiş etdirən növlər və ciddi şəkildə aseksual görünən digərləri (Taylor) və b., 1999 Roose-Amsaleg və b., 2002 Schurko və b., 2009 ) cinsəllikdən aseksuallığa çoxlu keçidlər olub ( Lobuglio ) və b., 1993 López-Villavicencio və b., 2010 Coelho və b., 2011 Schurko və b., 2009). Göbələklər həm də potensial olaraq informativdirlər, çünki onlar haploid və diploid öz-özünə əmələ gəlmə dərəcələrində böyük müxtəliflik təqdim edirlər ( Bilyard və b., 2011) və empirik tədqiqatlar üçün digər eukaryotik modellərə nisbətən əhəmiyyətli üstünlüklər təmin edir (Qoddard və b., 2005, Bruggeman və b., 2003, 2004). Məsələn, bir çoxları laboratoriya şəraitində asanlıqla becərilə bilər, klonlaşdırıla bilər, nisbətən qısa nəsil müddətinə malikdir və uzunmüddətli dondurulmuş saxlamadan sonra canlandırıla bilər ki, bu da eksperimental təkamül tədqiqatlarında faydalıdır.

Beləliklə, biz iddia etmək istərdik ki, göbələklərin cinsiyyət və cütləşmə sistemlərinin təkamülü ilə bağlı suallara çoxlu sualları var, onlar müxtəlif reproduktiv sistemlərin üstünlükləri və xərclərini həll etmək üçün uyğun eksperimental modellərdir və daha çox öyrənilməkdən faydalanacaqlar. təkamül konteksti. Bununla belə, göbələklərin cütləşmə sisteminə aid olan bir neçə anlayış aydınlaşdırılmalıdır, çünki eyni terminlər (məsələn, öz-özünə keçmə və keçmə) tamamilə fərqli təkamül nəticələri olan müxtəlif hadisələr üçün istifadə olunur ( Giraud və b., 2008 Neal & Anderson, 2005). Bundan əlavə, göbələklərdə çoxalma və cütləşmə sistemlərinin üstünlükləri və xərcləri haqqında biliklər, məsələn, sənayedə istifadə edilən və ya sağlamlıq və kənd təsərrüfatı istehsalına təhlükə yaradan çoxsaylı göbələklərə birbaşa tətbiq oluna bilər.

Biz əvvəlcə göbələklərdəki müxtəlif çoxalma və cütləşmə sistemlərini təsvir edərək, tez-tez baş verən yanlış təsəvvürləri vurğulayırıq və onların müvafiq təkamül faydalarını və xərclərini nəzərdən keçiririk. Protist olan, lakin uzun müddət mikoloqlar tərəfindən öyrənilmiş və bir çox morfoloji və genetik xüsusiyyətlərini göbələklərlə bölüşən oomisetləri də nəzərdən keçirəcəyik. Biz iddia edirik ki, çoxalma üsullarının və sistemlərinin, xüsusən də göbələklərin təkamülünü başa düşmək üçün (i) onların təbii populyasiyalardakı tezliklərinin qiymətləndirilməsi tələb olunur və biz ədəbiyyatda mövcud olan (qıt) sübutları nəzərdən keçirəcəyik, (ii) bunların xəritələşdirilməsini, həmçinin filogeniyalara digər həyat tarixi əlamətləri kimi və (iii) müxtəlif çoxalma və cütləşmə sistemlərinin əldə etdiyi üstünlükləri eksperimental olaraq ölçmək. Müxtəlif reproduksiya rejimləri və sistemləri nəticəsində nəslin uyğunluğunu müqayisə etmək üçün bəzi mümkün eksperimental parametrlər təklif edəcəyik.


Göbələklərdə cütləşmə növləri (və somatoqamiya) - Biologiya

Zigomycetes Phylum-a aid olan nisbətən kiçik bir göbələk qrupudur Zygomycota . Bunlara tanış çörək qəlibi, Rhizopus stoloniferÇörəklərin, meyvələrin və tərəvəzlərin səthində sürətlə yayılır. Əksər növlər saproblardır, çürüyən üzvi maddələrlə yaşayan bir neçəsi parazitdir, xüsusən də həşəratlardır. Zigomycetes əhəmiyyətli ticarət rolunu oynayır. Məsələn, bəzi növlərin metabolik məhsulları Rizopus yarı sintetik steroid hormonların sintezində ara məhsullardır.

Zigomycetes, orqanizm vegetativ mərhələdə olduqda nüvələrin haploid olduğu koenositik hiflərin tallusuna malikdir. Göbələklər adətən sporangiosporlar əmələ gətirərək cinsi yolla çoxalırlar (Şəkil 1).

Şəkil 1. Ziqomisetlərin həyat dövrü. Ziqomisetlərin həyat dövrlərində aseksual və cinsi fazalar olur. Aseksual fazada sporlar haploid sporangiyadan mitoz yolu ilə əmələ gəlir (göstərilmir). Cinsi fazada plus və minus haploid cütləşmə növləri birləşərək heterokaryotik ziqosporangium əmələ gətirir. Karyoqamiya sonra diploid ziqot əmələ gətirir. Ziqotda olan diploid hüceyrələr mayozdan keçir və cücərərək haploid sporangium əmələ gətirir və bu, haploid sporların növbəti nəslini buraxır.

Çörək kifinin qara ucları qara sporlarla dolu şişmiş sporangiyadır (Şəkil 2). Sporlar uyğun bir substrata düşdükdə cücərirlər və yeni bir miselyum əmələ gətirirlər. Cinsi çoxalma ətraf mühit şəraiti əlverişsiz olduqda başlayır. Qarşı-qarşıya gələn iki cütləşmə ştammı (tip + və tip –) hiflərdən gametanqiyanın əmələ gəlməsi və birləşərək karioqamiyaya səbəb olması üçün yaxınlıqda olmalıdır. Hər bir ziqosporda bir neçə diploid nüvə ola bilər. İnkişaf edən diploid ziqosporlar onları qurumadan və digər təhlükələrdən qoruyan qalın örtüklərə malikdir. Ətraf mühit şəraiti əlverişli olana qədər onlar hərəkətsiz qala bilərlər. Ziqospor cücərdikdə meioz keçir və haploid sporlar əmələ gətirir ki, bu da öz növbəsində yeni orqanizmə çevrilir. Göbələklərdə cinsi çoxalmanın bu forması konyuqasiya adlanır (baxmayaraq ki, bu bakteriya və protistlərdə konyuqasiyadan ciddi şəkildə fərqlənir) “birləşmiş göbələklər” adının yaranmasına səbəb olur.

Şəkil 2. Budaqların sonunda aseksual sporangiyalar böyüyür, bunlar (a) bu çörək qəlibində görünən ağ tük, Rhizopus stolonifer. Çörək kifinin qara ucları (b) spora ehtiva edən sporangiyalardır. (kredit b: işin “polandeze”/Flickr tərəfindən dəyişdirilməsi)


Göbələklərdə çoxalma- 3-cü hissə: Cinsi çoxalma (Mühazirə qeydləri & PPT)

Ø Göbələklər vegetativ, aseksual və cinsi üsullarla çoxalırlar
Ø Bu yazı göbələklərdə cinsi çoxalma üsullarını təsvir edir
Ø Cinsi çoxalma Deuteromisetlərdən başqa bütün göbələk qruplarında baş verir
Ø Göbələklər bircinsli (biseksual) və ikievli (bircinsli) ola bilər.

Ø Moneik növlər eyni tallusda iki cinsi orqan (erkək və dişi) əmələ gətirir, buna görə də onlara homotallik deyilir.
Ø Dioik formalar cinsiyyət orqanlarını ayrı-ayrı tallilərdə əmələ gətirir, buna görə də heterotallik adlanır.
Ø Cinsi çoxalmanın mürəkkəbliyinə görə göbələkləri iki kateqoriyaya bölmək olar:
(1). Eukarpik göbələklər
(2). Holokarpik göbələklər

Ø Eukarpik göbələklər: Əksər göbələklərdə vegetativ miselyumun yalnız bir hissəsi reproduktiv vahidi əmələ gətirir, qalanları isə vegetativ olaraq qalır, belə göbələklərə eukarpik göbələklər (qabaqcıl tip) deyilir.

Ø Holokarpik göbələklər: bəzi birhüceyrəli formalarda bütün vegetativ hüceyrə yetişmə zamanı reproduktiv vahidə çevrilir (ibtidai tip)

Ø Göbələklərdə cinsi çoxalma prosesi üç fərqli mərhələdə tamamlanır.

(A). Plazmoqamiya: sitoplazmanın birləşməsi

(B). Karioqamiya: nüvələrin birləşməsi

(C). Meiosis: reduksiya bölünməsi

(A). Plazmoqamiya

Ø Plazmoqamiya göbələklərdə cinsi çoxalmanın ilk mərhələsidir

Ø İki uyğun gametin və ya cinsi hüceyrələrin və ya hiflərin protoplastlarının birləşməsidir.

Ø Plazmoqamiya nəticəsində iki uyğun nüvə bir-birinə yaxınlaşır

(B). Karioqamiya

Ø İki nüvənin birləşməsi nəticəsində diploid nüvə əmələ gəlir

Ø Bəzi göbələklərdə (Phycomycetes) karioqamiya plazmoqamiyadan dərhal sonra baş verir.

Ø Bəzi digər göbələklərdə (Ascomycetes və Basidiomycetes) karioqamiya çox ləngiyir.

Ø Sonuncu halda (gecikmiş karioqamiya) iki əks nüvə ştammı tək hüceyrədə cüt-cüt düzülür (dikaryon).

Ø Bu dikarion sitoplazmanın eyni vaxtda bölünməsi ilə birlikdə həmişəki kimi mitotik şəkildə bölünür.

Ø Bu, göbələklərin həyat tsiklində ayrıca karyotik fazanın qurulması ilə nəticələnir

Ø Həyat dövrünün bu mərhələsi adlanır dikaryotik faza

Ø Dikaryotik fazanın həyata keçirildiyi proses deyilir dikariotizasiya

Ø Dikaryotik faza qurulduqdan sonra dikarionun iki nüvəsi birləşərək diploid ziqotu əmələ gətirir.

Ø Ziqot göbələklərin həyat siklinin yeganə diploid fazasıdır

Ø Ziqot meiosporlar əmələ gətirmək üçün dərhal reduksiya bölünməsinə (meyoz) məruz qalır

Ø Karioqamiyadan sonra diploid nüvədə reduksiya bölünməsi baş verir və beləliklə haploid mərhələ yaranır.

Ø Göbələklərin cinsi çoxalmasında uyğun gələn iki nüvə (erkək və dişi) aşağıdakı proseslərlə birləşir.

(1). Planoqametik cütləşmə

(2). Gametangial əlaqə

(3). Gametangial kopulatin

(4). Spermatizasiya

(5). Somatoqamiya

(1). Planoqametik cütləşmə

Ø Planoqametik kopulyasiya iki çılpaq hərəkətli gametin (planogametes) birləşməsini əhatə edir.

Ø Birləşən gametlərin quruluşuna və ölçüsünə əsasən, göbələklərdə üç növ planoqamiya baş verə bilər.

Ø Birləşən gametlər morfoloji cəhətdən oxşardır, lakin fizioloji cəhətdən onlar iki suşdur (+ və -)

Ø Qametlər müxtəlif tallilərdə əmələ gəlir

Ø Primitiv çoxalma növü

Ø Birləşən gametlər həm morfoloji, həm də fizioloji cəhətdən fərqlidir

Ø Erkək gamet dişi gametlərdən daha kiçik və aktivdir

Ø Qadın gametləri kişi cinsi hüceyrələrdən daha böyük və daha az aktivdir

Ø Qadın cinsi hüceyrəsi iri və hərəkətsizdir

Ø Kişi oyunu daha kiçik və hərəkətlidir (bayraqlı)

Ø Kişi cinsi hüceyrələrə anterozoidlər deyilir

Ø Onlar anteridium adlanan xüsusi reproduktiv strukturlarda əmələ gəlirlər

Ø Qadın cinsi hüceyrəsi ooqonium adlanır

Ø Ooqamiya cinsi çoxalmanın inkişaf etmiş bir növüdür

(2). Gametangial əlaqə

Ø Burada gametlər gametangiyadan ayrılmır

Ø Bunun əvəzinə erkək və dişi gametangiya mayalanma borusunun köməyi ilə sıx təmasda olur

Ø Sonra bir və ya daha çox kişi nüvəsi dişi gametangiyə köçür

Ø Gametangia cinsi əlaqə zamanı heç vaxt birləşmir və şəxsiyyətini itirmir

Ø Kişi və dişi gametangiya müvafiq olaraq anteridiya və ooqoniya (Ascomycetes-də Ascogonium) adlanır.

Ø Nümunə: Albuqo, Aspergillus, Pythium

(3). Gametangial cütləşmə

Ø Burada iki uyğun gametangianın bütün məzmunu bir-birini qoruyur

Ø Gametangia sıx təmasda olur, təmas nöqtəsindəki divar əriyir və onların məzmunu bir-birinə qarışır.

Ø Sonra karioqamiya qurulur

(4). Spermatizasiya

Ø Bəzi inkişaf etmiş göbələklərdə cinsiyyət orqanları tamamilə yoxdur

Ø Burada cinsi proses müvafiq olaraq kişi və qadın strukturları rolunu oynayan spermatiya kimi kiçik sporlar və xüsusi (qəbuledici) hifalar tərəfindən həyata keçirilir.

Ø Spermatiya hava, su və ya həşərat vasitəsilə reseptiv hiflərə daşınır

Ø Spermatiya reseptiv hiflərin trixogininə bağlanır və sitoplazmaya köçür.

(5). Somatoqamiya

Ø Burada cinsiyyət orqanları əmələ gəlmir

Ø Basidiomycetes kimi inkişaf etmiş göbələk qruplarında rast gəlinir

Ø İki vegetativ hüceyrə və ya vegetativ hifa cinsi funksiyanı öz üzərinə götürür və birləşir

Ø Məs. Morchella, Peziza, Agaricus

Göbələklərdə cinsi sporlar

Ø Göbələklərdə əhəmiyyətli cinsi sporlar var

(1). Ziqosporlar

(2). Askosporlar

(3). Bazidiosporlar

(1). Ziqospor:

Ø Ziqosporlar cinsi çoxalma zamanı kişi və qadın strukturlarının birləşməsindən əmələ gəlir.

Ø Onlar diploid sporlardır

Ø Onlar bəzi göbələklərin qalın divarlı istirahət sporlarıdır

Ø Adətən göbələklərin aşağı qrupları tərəfindən istehsal olunur

Ø Ziqosporlar əmələ gətirən göbələk növləri Zygomycete sinfində qruplaşdırılır (Rhizopus)

Ascus ilə Ascospores (mənbə vikipediya)

(2). Askosporlar

Ø Ascomycetes sinfində əmələ gələn cinsi sporlar

Ø Askosporlar endosporlardır

Ø Askosporlar askus adlanan xüsusi kisəyə bənzər quruluşda əmələ gəlir

Ø Askosporlar haploid sporlardır

Ø Tipik olaraq tək bir askus səkkiz askospordan ibarətdir

Ø Səkkiz askospor mayozdan sonra əmələ gəlir, dərhal mitoz bölünür

Basidiospores (mənbə vikipediya)

(3). Bazidiosporlar

Ø Basidiomycetes sinfində istehsal olunan cinsi sporlar

Ø Bazidiosporlar ekzosporlardır

Ø Bazidiosporlar basidium adlanan xüsusi quruluşda istehsal olunur

Ø Basidiosporlar da haploid sporlardır

Ø Tipik olaraq tək bazidium dörd basidiospor əmələ gətirir

Ø Dörd basidiospor diploid ziqotun meiozundan sonra əmələ gəlir


Filamentli askomisetlərdə cütləşmə

kimi növlərdə Neyrospora crassaPodospora anserina, iki model növ, cütləşmə diferensiallaşmış kişi və qadın hüceyrələr, müvafiq olaraq, mikrokonidium və askoqonium arasında başlanır. Mikrokonidium askoqonial hifanın reseptiv ucu olan trixoginlə birləşir və onun nüvəsi rezident nüvələrlə təkrarlanır (Şəkil 2). Nüvə çeşidlənməsi adətən ikinüvəli dikaryotik hüceyrələri, askogen hifləri yaratmaq üçün aparılır, burada sinxron nüvə bölünməsi baş verir və qız nüvələri bazidiomiset dikaryonlarında görünən sıxac bağlantısına bənzər bir quruluş vasitəsilə bölünür. Beləliklə, filamentli askomisetlər, bazidiomisetlər kimi, nüvə birləşməsini gecikdirir və dikariofaz ilə cütləşən cütün nüvələrini çoxaldırlar. Bu faza ascomycetes-də məhdud müddətə malikdir və inkişaf etməkdə olan meyvə orqanizmində məhdudlaşır. Feromon siqnalı uzun müddətdir ki, mikrokonidiyanın trixoginə cəlb edilməsində rol oynamışdır (Bistis, 1983), lakin bu yaxınlarda feromonları kodlayan genlər bu göbələklər qrupunda müəyyən edilmişdir (Zhang et al, 1998 Shen et al, 1999Pöggeler, 2000). Şəkil 2-də təsvir edilən askogen hiflər və bazidiomiset dikaryonu arasındakı oxşarlıqlar bu göbələklərin cütləşmə yollarının tənzimlənməsində güclü qorunmaya açıq şəkildə işarə edir, lakin cütləşmə tipli lokusda təcrid olunmuş genlərə baxdıqda bu dərhal aydın deyil!

İdiomorfları P. anserinaN. crassa cütləşmə tipli lokus oxşar genləri ehtiva edir (Debuchy et al, 1993Ferreira et al, 1996 Coppin et al, 1997) P. anserina təyin edilir mat - və mat + lokuslar və Şəkil 1-də təsvir edilmişdir. İki genin gübrələmə üçün vacib olduğu göstərilmişdir, FMR1 içində mat − idiomorf və FPR1 içində mat + idiomorf. Maraqlıdır ki, bu iki gen daha az əlaqəli növlərin idiomorflarında tapılan yeganə genlərdir (Turgeon et al, 1993 Turgeon, 1998). Hər iki genin maya cütləşmə tipli lokuslarda aşkar homoloqları var. FMR1 nin homoloqunu kodlayır S. cerevisiae α1 və S. pombe Mat1-Mc, transkripsiyasını aktivləşdirmək üçün lazım olan bir zülaldır mat − hüceyrəyə xas cütləşən feromonlar və reseptorlar. FPR1 HMG domen ailəsinə aid bir proteini kodlayır və Mat1-Pc zülalının ehtimal homoloqudur. S. pombe, və transkripsiyasını tənzimləmək üçün tələb olunur mat + hüceyrə spesifik cütləşən feromon və reseptor genləri. İki əlavə gen mat − idiomorf cinsi inkişafı tamamlamaq üçün vacib olan zülalları kodlayır, lakin bunlar yalnız cütləşmə zamanı əmələ gəlir (Coppin və Debuchy, 2000). SMR2 HMG domen ailəsinin başqa bir üzvünü kodlayır və askogen hiflərdə düzgün nüvə cütləşməsini təmin etmək tələb olunur (Zickler et al, 1995), bazidiomisetlərin dikaryonuna bənzətmə ilə feromon siqnalından asılı olacağı proqnozlaşdırılır. Belə görünür SMR2 dır,-dir,-dur,-dür P. anserina homoloqu S. pombe ste11U.maydis prf1. Bu genin cütləşmə tipli lokusda sekvestr edilməsinin heç bir aşkar üstünlüyü yoxdur, bunu bütün filametli askomisetlərin etməməsi sübut edir, lakin onun ola bilməsi onun funksiyasının yalnız hüceyrə birləşməsindən sonra tələb olunduğunu göstərir.


Deuteromycota: Qüsursuz Göbələklər

Qüsursuz göbələklər - cinsi faza göstərməyənlər - filum şəklində təsnif edilir Deuteromycota. Deuteromycota, bir çox növün digər filadakı orqanizmlərlə bir-birindən daha sıx əlaqəli olduğu bir polifiletik qrupdur, buna görə də onu əsl filum adlandırmaq olmaz və bunun əvəzinə filum şəklində ad verilməlidir. Digər göbələkləri təsnif etmək üçün istifadə olunan cinsi quruluşlara malik olmadığından, digər bölmələrə nisbətən daha az təsvir edilmişdir. Üzvlərin əksəriyyəti bir neçə su istisna olmaqla quruda yaşayır. Onlar qeyri-səlis görünüşlü görünən miseliyalar əmələ gətirirlər və adətən belə adlanırlar kif. Molekulyar analiz göstərir ki, deuteromisetlərə ən yaxın qrup askomisetlərdir. Əslində bəzi növlər, məsələn Aspergillus, əvvəllər qeyri-kamil göbələklər kimi təsnif edilənlər, indi ascomycetes kimi təsnif edilir.

Deuteromycota-nın çoxalması ciddi şəkildə aseksualdır və əsasən aseksual konidiosporların istehsalı ilə baş verir (Şəkil 8). Bəzi hiflər rekombinasiya olunaraq heterokaryotik hiflər əmələ gətirə bilər. Genetik rekombinasiyanın müxtəlif nüvələr arasında baş verdiyi məlumdur.

Şəkil 8. Aspergillus niger adətən qida çirkləndiricisi kimi tapılan qeyri-kamil göbələkdir. Bu işıq mikroqrafındakı sferik quruluş konidiofordur. (Kredit: Dr. Lucille Georg tərəfindən işin dəyişdirilməsi, Matt Russell-dən CDC miqyaslı məlumat)

Qüsursuz göbələklər gündəlik insan həyatına böyük təsir göstərir. Qida sənayesi bəzi pendirləri yetişdirmək üçün onlara güvənir. Rokfor pendirindəki mavi damarlar və Camembertdəki ağ qabıq göbələk böyüməsinin nəticəsidir. Antibiotik penisilin əvvəlcə böyümüş Petri lövhəsində tapılmışdı. Penicillium göbələklər onu əhatə edən bakteriyaların böyüməsini öldürür. Bir çox qeyri-kamil göbələklər ya birbaşa parazitlər (həm bitkiləri, həm də insanları yoluxduran) və ya cinsin göbələklərinin buraxdığı aflatoksinlərdə göründüyü kimi güclü zəhərli birləşmələrin istehsalçıları kimi ciddi xəstəliklərə səbəb olurlar. Aspergillus.


Zigomycetes

Zygomycota-da təsvir edilən təxminən 900 növün əksəriyyəti qurudur və torpaqda, çürüyən bitki materialında və ya heyvan peyinində saproblar şəklində mövcuddur (şək. 10). Bir çox ümumi çörək qəlibləri (məsələn, Rhizopus stolonifer) var zigomycetes. Morfoloji cəhətdən onlar koenositik hifaya malikdirlər, septumlar yalnız reproduktiv strukturlarla birlikdə əmələ gəlir. Filum bu adını onun istehsalından alır ziqosporangium.



Şəkil 10. Ziqomiset göbələyi, Pilobolus crystallinus, maral peyin üzərində (http://www.herbarium.iastate.edu/fungi/fungispecies.php?sp=Pilobolus+crystallinus+%28F.H.+Wigg.%29+Tode) (Böyütmək üçün klikləyin)

Şəkil 11-də ziqomisetin həyat tsiklində baş verən hadisələr təsvir edilmişdir. Diaqramın yuxarı hissəsinə diqqət yetirin. Öyrəndiyiniz kimi, göbələklərdə cinsi çoxalma üçün tez-tez iki fərqli haploid cütləşmə növü tələb olunur. Birinci, gametangiya müxtəlif cütləşmə tiplərinin hiflərində formalaşmağa başlayır, “+” və “-“ (addım 1). Gametangia daha sonra heterokaryotik vəziyyət yaratmaq üçün birləşir (addım 2) (addım 3). Daha sonra heterokaryotik ziqosporangium inkişaf edir (4-cü addım). Ziqosporangiumda kobud və qalınlaşmış hüceyrə divarı əmələ gəlir ki, bu da onu sərt "over-qışlama" şərtlərinə davamlı edir. Şərtlər əlverişli olduqda ziqospor cücərmə, nüvələr birləşir (karyoqamiya) və diploid qısa müddətə əmələ gəlir (5-ci addım). Dərhal meioz əmələ gəlir və mitozla sporangiumda milyonlarla haploid ziqospor əmələ gəlir (addım 6). Zigosporangium cücərərək sporları buraxır və dövr yenidən başlayır (addım 7). Aseksual mərhələ miselial artım və aseksual spor istehsalı arasında dəyişir (şəklin aşağı hissəsində göstərildiyi kimi).


Şəkil 11. Ziqomisetlərin həyat dövrü. (Böyütmək üçün şəklin üzərinə klikləyin)


Cütləşmə növlərinin qlobal paylanması şimşək xəstəliyinə səbəb olan göbələklərin populyasiyaları arasında cütləşmə imkanlarının məhdud olduğunu göstərir

Şimşək ağacı zərərvericisi bütün dünyada təbii və idarə olunan landşaftlar üçün xəstəlik təhlükəsidir. To determine mating potential of the fungi responsible for the disease, Calonectria pseudonaviculata and C. henricotiae, we characterized their mating-type (MAT) loci. Genomes of C. henricotiae, C. pseudonaviculata and two other Calonectria species (C. leucothoes, C. naviculata) were sequenced and used to design PCR tests for mating-type from 268 isolates collected from four continents. All four Calonectria species have a MAT locus that is structurally consistent with the organization found in heterothallic ascomycetes, with just one idiomorph per individual isolate. Mating type was subdivided by species: all C. henricotiae isolates possessed the MAT1-1 idiomorph, whereas all C. pseudonaviculata isolates possessed the MAT1-2 idiomorph. To determine the potential for divergence at the MAT1 locus to present a barrier to interspecific hybridization, evolutionary analysis was conducted. Phylogenomic estimates showed that C. henricotiae and C. pseudonaviculata diverged approximately 2.1 Mya. However, syntenic comparisons, phylogenetic analyses, and estimates of nucleotide divergence across the MAT1 locus and proximal genes identified minimal divergence in this region of the genome. These results show that in North America and parts of Europe, where only C. pseudonaviculata resides, mating is constrained by the absence of MAT1-1. In regions of Europe where C. henricotiae and C. pseudonaviculata currently share the same host and geographic range, it remains to be determined whether or not these two recently diverged species are able to overcome species barriers to mate.

Açar sözlər: Boxwood Calonectria MAT1 architecture Mating type Synteny.


Materiallar və metodlar

Reference Genome (M. lychnidis-dioicae)

Information on the a1 haploid genome of the Lamole reference strain of M. lychnidis-dioicae parasitizing S. latifolia was obtained from the Broad Institute web-server. This included the scaffolds (i.e., supercontigs) corresponding to the nonmitochondrial regions, the associated CDS annotations (gff files), and the annotations obtained with Interproscan, a powerful integrated database and diagnostic tool ( Jones et al. 2014).

Resequencing of the a1 Mating-Type Chromosomes (M. lychnidis-dioicae)

The a1 mating-type chromosome from the same haploid Lamole genotype whose whole genome was sequenced by the Broad Institute was isolated using electrophoretic karyotype analysis as previously described ( Hood et al. 2004). The DNA was subjected to multiple displacement amplifications with the REPLI-g Kit (QIAGEN), and then sequenced at a coverage of 1,175 × using 2- and 5-kb insert size, mate-paired libraries for Titanium version 454 technology (www.roche.com). A first assembly using Newbler (the Roche assembler) was performed with approximately 30-fold and approximately 20-fold coverage.

Identifying the Mating-Type Chromosome Scaffolds on the a1 Reference Genome

To determine which scaffolds of the M. lychnidis-dioicae genome belonged to the a1 mating-type chromosomes and which to non-MAT chromosomes, the assembled contigs from the gel-isolated mating-type chromosomes were mapped against the M. lychnidis-dioicae reference genome using NUCmer (http://mummer.sourceforge.net/). Matches were assigned to the mating-type chromosome, and scaffolds without any match were assigned to non-MAT chromosomes. To validate these results, our 454 data (Newbler) were mapped onto the Broad Institute assembly scaffolds to identify contamination from non-MAT chromosomes by their scattered weak read coverage. Finally, all nonmitochondrial Broad Institute assembly scaffolds with coverage greater than 20-fold when mapped with contigs from the gel-isolated mating-type chromosomes were assigned to mating-type chromosomes.

Sequencing and Assembly of the a2 Mating-Type Chromosome (M. lychnidis-dioicae)

The a2 mating-type chromosome from the Lamole reference strain was isolated and amplified as described above for the a1 mating-type chromosome. Four libraries were sequenced on Illumina HiSeq 2000, one paired-end library (insert size of 250 bp) and three mate-pair libraries (expected insert sizes 3, 8, 20 kb observed insert sizes of 2.2, 9, 12.5 kb, respectively). The sequence data for the paired-end library (100 bp sequenced at both ends of fragments) represent a coverage of 1,175 × (given the expected genome size of 25 Mb). The 2.2-, 9- and 12.5-kb libraries include 34, 6.4 and 2.2 millions of base pairs, respectively.

Contigs were generated from the paired-end data, with SOAPdenovo 2.04 ( Li et al. 2010) using a kmer of 91. Then, a three-step process was applied to remove artifacts from the assembly: 1) Contigs fully included in longer contigs were removed 2) contigs containing 15-mers that were not present in raw reads were split, as they are likely to be chimeras and 3) contigs were trimmed (46 bp ∼ 1/2 kmer length) to remove the artificial overlaps created by the large kmer used.

Paired-end and mate-pair reads were mapped on contigs using the glint software (Faraut T and Courcelle E, unpublished data http://lipm-bioinfo.toulouse.inra.fr/download/glint parameters - -best-score - -step 2 - -no-lc-filtering - -mmis 5 - -lrmin 80). Due to the large numbers of highly conserved repeats, additional stringent criteria were used for further hit selection (length of the hit ≥ 90 bp identity = 100%). LYNX scaffolder (Gouzy J, unpublished data) was used to generate scaffolds. A minimum number of five links was required for linking information from the 250-nt and 2.2-kb libraries to be considered, and at least two links for the 9- and 12.5-kb libraries. Finally, SOAPGapCloser was used to fill in gaps in the assembly. The final assembly was 24,832,594 nucleotides long in 388 scaffolds (N50 of scaffolds longer than 1,000 nt = 299 kb 4.75% of N).

Identification of the MATRRs (M. lychnidis-dioicae)

To identify sequence assemblies corresponding to the two MATRRs of M. lychnidis-dioicae mating-type chromosomes reported in optical maps ( Hood et al. 2013), contigs were aligned with restriction-digest optical maps using the MapSolver software (OpGen) ( Latreille et al. 2007). This software predicts restriction digest patterns from DNA sequence data for comparison with the observed optical maps (restriction-digest fragments sizes) alignments are based on a cumulative scoring function that rewards matching cut-site distributions and penalizes mismatch or missing sites. The software’s default settings were used to calculate alignments.

Genome Sequencing of Additional Microbotryum Species and Mapping against the Reference

The fungal material used in this study was collected as diploid teliospores from natural populations in North America and Europe. Bəziləri Microbotryum species have not received a specific Latin name yet and are referred to as M. violaceum sensu lato with the additional indication of their host plant species ( fig. 3). Microbotryum species have been distinguished on the basis of a combination of multiple gene genealogies, interfertility assays, and hybrid fitness and fertility assessments ( Le Gac, Hood, Fournier, et al. 2007 Le Gac, Hood, and Giraud 2007 de Vienne, Hood, et al. 2009 de Vienne, Refrégier, et al. 2009). Haploid cultures of the 11 Microbotryum species were obtained by micromanipulation of the postmeiotic yeast-like sporidial cells, which were grown on potato dextrose agar (Difco). Mating types of the haploid cultures were identified by pairing with cultures of known mating types and examining the conjugation response elicited by the alternate mating pheromone ( Day 1979). Also, PCR primers that discriminate between a1 və a2 pheromone receptors ( Devier et al. 2009) were used to test extracted DNA for mating type with the DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN). The extracted DNA from the Microbotryum species was also used to obtain shotgun sequence libraries using the Titanium version 454 technology (performed at the University of Virginia, Genomics Core Facility) with a coverage of 2–2.5 × . Only reliable sequenced positions, with sufficient qualities, were taken into account.

Sequence libraries for each of the 11 Microbotryum species were assembled individually by mapping against the M. lychnidis-dioicae reference genome using Newbler. Pairwise mapped sequences were realigned within species libraries using Prank ( Loytynoja and Goldman 2005, 2008) with the “-codon” option in accordance with recent recommendations based on simulations for the use of codon-based models to detect selection ( Fletcher and Yang 2010 Markova-Raina and Petrov 2011). In the pairwise alignments obtained, the positions creating gaps on the reference sequence were discarded to maintain the initial coordinates in the reference.

Sequences matching the same fragments of the reference M. lychnidis-dioicae genome were clustered together as putative orthologs using Newbler-generated coordinates of the mapped contigs on the reference genome. Noncoding regions were filtered out from POGs using the CDS annotations of the reference genome provided by the Broad Institute. Loci shorter than 300 bp and those missing from more than six Microbotryum species were discarded.

An outgroup species, M. pustulatum, parasitizing P. bistorta ( Kemler et al. 2006), was also sequenced and assembled against the reference genome as described above. Given its distance from the Microbotryum species (mean number of substitutions per site between the outgroup and the ingroups is 0.085 ± 0.067), few POGs (46) were available for the phylogenetic studies. Consequently a second, larger data set was generated without the outgroup species, including 5,726 POGs, which was used for all the subsequent analyses.

Species Phylogeny Inference

To avoid potential biases in the phylogenetic signal caused by trans-specific polymorphism, as observed at some mating-type genes ( Devier et al. 2009 Abbate and Hood 2010b Petit et al. 2012), only POGs not belonging to mating-type chromosomes were used for the species tree reconstruction. The 5,453 POGs not belonging to mating-type chromosomes were concatenated and JMODELTEST ( Posada 2008) was used to infer the most suitable nucleotide substitution model. Phylogenetic trees were constructed in a maximum-likelihood framework using RAxML 7.8.1 ( Stamatakis et al. 2005) with a GTR + gamma substitution model and on gene-partitioned data sets (substitution model parameters were optimized for each partition of genes with JMODELTEST). Other phylogenies based on codon position partitioning (computing estimations separately for the first two codon positions, GC12, vs. the third codon position, GC3) or on other amino acid substitution models, had identical topologies. A rooted phylogeny was also produced based on the small subset of 46 POGs for which orthologs were found in the Microbotryum species and the P. bistorta outgroup species ( Lutz et al. 2005 Kemler et al. 2006).

The robustness of nodes in our tree was tested using only the POGs not belonging to the mating-type chromosomes yielding individual trees with a high mean bootstrap support (MBS) or a high Tree Certainty (TC) ( Salichos and Rokas 2013). For each POG, ModelTest v 2.3.1 ( Darriba et al. 2012) was used to find the best model, and PhyML v3 ( Guindon and Gascuel 2003) to reconstruct each tree with 100 bootstrap replicates. For each tree, the MBS and the TC (using RAxML 7.8.1) were then computed. MBS and TC values being highly correlated (R 2 = 0.8276, P < 2.2e-16), only MBS was used thereafter. POGs with MBS ≥ 80 were selected: The sequences of the 288 POGs selected were concatenated. RAxML v 7.2.8 was used to reconstruct the final trees using the gtr+gamma substitution model and 100 bootstrap replicates. Note that the tree obtained when selecting the genes based on their TC was the same as that based on MBS.

Placement of NRR Alleles in a1 və a2 of M. lychnidis-dioicae in the Species Tree and Computation of Their Divergence

BLASTn and tBLASTn searches (NCBI blast 2.2.29 universal macosx) of the M. lychnidis-dioicae a1 alleles for predicted genes in NRRs were performed to search for hits in the a2 mating-type chromosome of M. lychnidis-dioicae. Both methods converged on the same hits. The a2 protein hits obtained from the tBLASTn search were added to the respective POG protein alignments obtained above and realigned using t-coffee 10.00.r1613 ( Notredame et al. 2000) with default settings. The resulting alignments were trimmed with Trimal version 1.2rev59 ( Capella-Gutierrez et al. 2009), removing 20% of the gaps introduced when adding the a2 ardıcıllıqlar. We kept only the 45 reliable alignments, and used them to build the trees with RAxML version 7.4.4 ( Stamatakis 2006) and the GTRGAMMA model. The placement of the a1 və a2 alleles relative to alleles of other species was visually inspected in the predicted trees. The synonymous divergence of NRR alleles between a1 və a2 of M. lychnidis-dioicae was computed as the estimated number of synonymous substitutions, including inferred multiple substitutions, divided by the number of synonymous sites in the sequence. The synonymous divergence and their associated standard error values were computed using the yn00 program in the PAML package (v. 4.7a) ( Yang 2007) ( fig. 1).

Detection of Selection Signatures

The efficacy of purifying selection to maintain gene function was assessed by two approaches. First classic models of codon substitution ( Yang 2007) were used: Parameters were inferred from the species phylogeny to reconstruct changes in the ratios of nonsynonymous to synonymous substitutions (ω = dN/dS). The rationale is that nonsynonymous, deleterious substitutions are expected to accumulate if purifying selection is weak or relaxed. Ratios of dN/dS were estimated for each POG using codon models with CODEML in the PAML package ( Yang 2007). The tree used was the species tree ( fig. 3). Species not represented in these POGs were pruned from the species tree using the Ape package in R. We also ran analyses using individual gene trees for NRR POGs instead of species tree, and similar results were obtained ( supplementary fig. S3C , Supplementary Material online).

The efficacy of purifying selection was also investigated using an estimation of the global ω per branch (the “free-ratio branch model” under CODEML): Mean and median ω values per branch for each terminal lineage were calculated, and genes with dS values close to 0 that would produce artifactually very large ω values were excluded. Positive selection was tested by comparing neutral and selective codon models. Genes displaying unrealistically high dN or dS values (i.e., “999” in the codeml output) were discarded from the analysis as they probably corresponded to saturated levels of substitutions and would bias ω estimations. We also excluded from the analysis those genes with null dS and dN dəyərlər. More stringent filtering (discarding sequences with SdS lower than 2, 3, or 4, or filtering using branch length parameters) led to results for ω similar to those presented.

To control for the possibility of positive selection increasing dN/dS, which would not constitute degeneration, positive selection was also tested using a branch-site test based on codon models which accounts for variation of the ω ratio between both sites and lineages ( Yang and Nielsen 2002 Zhang et al. 2005). A likelihood ratio test was used to compare a null model without positive selection and an alternative model allowing positive selection ( Nielsen and Yang 1998). In cases where the null hypothesis was rejected, and the “selective” model retained, positions under positive selection among foreground branches were determined using a Bayesian empirical Bayes approach ( Yang et al. 2005). Similar automated procedures (python + R scripts) were used to run codeml automatically and both extract and filter parameter values as in the free-ratio branch model described above.

The second approach used to assess the efficacy of purifying selection focused on recently derived substitutions these have the advantage of being free of assumptions on phylogenic relationships and are more likely to have occurred while being in the current genomic compartment indeed, substitutions may have occurred before the putative transfer of genes between recombining regions and NRRs ( Abbate and Hood 2010b Petit et al. 2012). Recent substitutions were identified as singletons in aligned POGs. From the singleton data set for all alignments of orthologous loci, median dN/dS ratios between different genomic compartments (NRRs, MATRRs, and non-MAT chromosomes) were computed and compared. The nonsynonymous rate was computed as dN = n/N, harada n is the nonsynonymous singleton count and N is the number of nonsynonymous sites in the alignment. Similarly, the synonymous rate was computed as dS = s/S harada s is the count of synonymous singleton substitutions and S the number of synonymous sites in the alignment. This approach, however, does not take into account multiple substitutions at a given site so it may underestimate substitution counts.

Gene Conversion Analyses

Geneconv v1.81 ( Sawyer 1989) was used to look for footprints of gene conversion in NRRs directly. To be conservative, only results from estimations of “inner” gene converted fragments are reported. As defined in the Geneconv manual, such fragments represent evidence of possible gene conversion events between ancestors of two sequences in the alignment. Geneconv was executed through a batch script independently for the alignments of putative CDS regions (i.e., POGs) in NRRs.

TE Analyses

TE contents of contigs were estimated and assigned to non-MAT chromosomes, NRRs, and MATRRs in each Microbotryum növlər. Because many contigs were small, especially in the NRRs, the analysis was run on fragments of similar sizes using databases of 200-bp fragments generated in each species and genomic compartment (non-MAT chromosomes, NRR, and MATRR). To compare databases of equivalent sizes, 1,000 reads were randomly resampled without replacement from each database. A set of full-length TEs of the most common types in Microbotryum ( Hood 2005 Hood et al. 2005 Yockteng et al. 2007) (Copia-like, e.g., Supercontig 147: 1,901–7,063 bp Gypsy-like, e.g., Supercontig 151: 14,408–18,631 bp and rolling circle Helitron-like, e.g., Supercontig 124:8,251–12,551 bp) were used as queries to search against the 1,000 read databased using tBLASTx (Basic Local Alignment Search Tool blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) with the significance threshold set at E value < 10 − 6 . To assess the significance of the differences in TE counts between genomic compartments, Z tests were used. P values were assigned by comparing the computed Z value to the critical Z value for a two-tailed test in a standard normal distribution table. The null hypothesis was that the difference between the proportions of the two samples considered is zero.

Expression Analysis in the Reference Species (M. lychnidis-dioicae)

Expression data were generated under five different conditions using the Lamole reference strain, with two biological replicates per condition. Haploid fungal cells of Lamole a1 sporidial cells (p1A1Rich) and a2 sporidial cells (p1A2Rich) were grown separately for 5 days on yeast peptone dextrose media (1% yeast extract, 10% dextrose, 2% peptone, 2% agar rich growth conditions) at room temperature, and then harvested for RNA extraction. Similarly, haploid cells grown separately on 2% water agar for 2 days were harvested for RNA extraction and named p1A1Water and p1A2Water these samples allowed comparison between the gene expression when haploid cells of different mating types were subjected to a nutrient-free environment without a mating partner. We also studied a “mated” condition: An equal mixture of a1 and a2 cells was kept at 14 °C on 2% water agar for 2 days, which induces conjugation, the first stage of mating ( Day 1979).

RNA was extracted from samples of the cells cultured in these various conditions using the RNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, cat no: 74904) according to the manufacturer’s instructions. Ambion’s TURBO DNA-free (Applied Biosystems, cat no: AM1907) DNase was used according to the manufacturer’s instruction. For quality assessment before Illumina sequencing, 5 μg of DNase-treated RNA was reverse transcribed with SuperScript III First Strand Synthesis System for reverse transcription PCR (Life Technologies, cat no: 18080-051). PCR was performed using TaKaRa Ex Taq Hot-Start DNA Polymerase (Takara, cat. no: RR001B) in a reaction volume of 25 μl. To check for DNA contamination and possible inhibitory substances in the RNA, two sets of housekeeping primers (Eurofins/MWG/Operon) were used. Targeting the Microbotryum mepA gene, the forward primer, 5′-CTTTTGCGTAGGAAGAATGC-3′ and the reverse primer, 5′-AGCACTGAACACCCCAACTT-3′ were used this combination yielded a 532-bp fragment from cDNA, and a 1,039-bp fragment from genomic DNA. The other primer combination targeted the Microbotryum beta-tubulin gene, with forward primer, 5′-CGGACACCGTTGTCGAGCCT-3′, and reverse primer, 5′-TGAGGTCGCCGTGAGTCGGT-3’, yielding a 150-bp fragment from cDNA and a 215-bp fragment from genomic DNA. The PCR program was 30 s at 94 °C, 30 s at 60 °C, and 1 min at 72 °C for 35 cycles. An Agilent BioAnalyzer was also used to determine the quality of the RNA prior to Illumina RNA-Seq.

De novo assemblies of both the a1 və a2 RNA-Seq data were generated with Trinity ( Grabherr et al. 2011) to identify genes specific to each mating chromosome. Assembled transcripts were compared between a1 və a2 using blast to identify transcripts specific for each cell type: a1 transcripts were mapped to the gene set based on the whole genome assembly the a2 assembly is available at the Broad website, at http://www.broadinstitute.org/annotation/genome/Microbotryum_violaceum/assets/Mvio_A2_trinity.fa.gz.

Differential expression scripts in the Trinity pipeline version r2013-02-25 ( Grabherr et al. 2011) were run to process RNA-Seq reads from the ten libraries (two biological replicates of each of p1A1Water, p1A2Water, p1A1Rich, p1A2Rich, and Mated). The RNA-Seq reads were aligned by bowtie ( Langmead et al. 2009) against protein CDS extracted from the reference genome, adding 100 bases of flanking sequence to approximate UTRs. The read alignment files were then processed with RSEM ( Li and Dewey 2011) to quantify transcript abundances. To identify genes differentially expressed between each pair of conditions, edgeR with the trimmed mean of M-value normalization method (TMM) ( Robinson et al. 2010 Kadota et al. 2012) was run using an adjusted P value cutoff of 1E-10 TMM normalization is a method for estimating relative RNA production levels from RNA-Seq data by estimating scale factors between samples. The agglomerative hierarchical clustering method implemented in the R package cluster ( Maechler et al. 2013) was then used to identify coexpressed gene clusters of those genes with significant differential expression between conditions. Expression data are available at the Broad Institute website, www.broadinstitute.org/annotation/genome/Microbotryum_violaceum.

Some genes displayed mating-type-specific expression profiles, which could be the result of a lack of expression of these genes on one of the mating-type chromosomes or of hemizygosity (there is only a single copy of the gene, on only one of the mating-type chromosomes). To distinguish these possibilities, the presence of the genes expressed only from one mating-type chromosome was investigated using BLASTn by aligning the assembled cDNA against the genomic sequence of the opposite mating type (the published a1 haploid genome for a2-specific transcripts, and the a2 mating type chromosome for a1-specific ones).

The absence of some genes from one of the mating-type chromosomes was then checked with primers specific for these genes ( supplementary table S2 , Supplementary Material online): DNAs extracted from a2 və a1 cells from the reference Lamole strain, 20 other M. lychnidis-dioicae strains, and one strain from each other species studied here, were tested for amplification with these primers.

Statistical Tests Using Monte Carlo Resampling of the Genomic Background

To test for the significance of the differences in the values of several variables described above (dN/dS, GC content, preferred/unpreferred codons) between the NRRs, MATRRs, and non-MAT chromosomes, a null genomic distribution of the variable values was constructed through randomization. To do this, 1,000 sets of non-MAT chromosome loci were randomly sampled and the mean and median values were computed for the variables of interest. The size of each of these sets was selected to be equal to the number of loci observed in the region of interest (NRR or MATRR). Significance thresholds of 0.01 or 0.05 were used to score the mating-type chromosome data set (MATRR or NRR) as significantly different from the non-MAT chromosome set.


Videoya baxın: Göbələyin Təmizlənməsi və Toyiqlu Göbələyin Hazırlanması (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Zubair

    Üzr istəyirəm, heç nəyə kömək edə bilmərəm. Amma əmindir ki, düzgün qərar tapacaqsınız.

  2. Subhi

    olur... Belə təsadüfi təsadüf

  3. Wulfsige

    Hər halda.



Mesaj yazmaq