Дрожжи «перепрограммировались» на спаривание в условиях голода

Новое исследование показало, что брачное поведение молочных дрожжей зависит как от наличия клеток противоположного «пола», так и от уровня доступных питательных веществ.

Исследователи под руководством Лорен Н. Бут из Калифорнийского университета в Сан-Франциско провели серию экспериментов на трёх видах дрожжей: пекарских (Saccharomyces cerevisiae), молочных (Kluyveromyces lactis) и дрожжах-возбудителях заболеваний человека (Candida albicans). У всех трёх видов есть три типа клеток: гаплоидные a и α (с одним набором хромосом) и продукт их спаривания — диплоидная клетка a/α. Диплоиды также производят гаплоидные споры, которые образуются при их делении.

Клетки типов a и α спариваются, сливаясь и объединяя два набора хромосом в диплоидный тип. Внешне диплоиды практически идентичны гаплоидам, но все гены спаривания в них подавлены, и они не секретируют факторы спаривания, которые постоянно выделяются гаплоидными клетками.

Каждый тип клеток имеет специфические гены, контролируемые определёнными белками. В клетках типа a экспрессируется фактор MATa1, а в клетках α — MATα2. В диплоиде эти факторы объединяются в комплекс a1/α2, который блокирует экспрессию четырёх генов, вовлечённых в спаривание, и генов, специфичных для типов a и α. Новое исследование обнаружило, что у молочных дрожжей эволюционировала иная форма регуляции.

• У диплоидов S. cerevisiae гены, специфичные для типов a и α, регулируются комплексом a1/α2, который связывается с ДНК рядом с генами и отключает их. Среди белков, экспрессируемых этими генами, есть промежуточный регуляторный белок RME1. У C. albicans процесс аналогичен, но RME1 отсутствует. У K. lactis RME1 присутствует и подавляется комплексом a1/α2, но у этих дрожжей RME1 — единственный ген, регулируемый этим комплексом. Именно RME1, в свою очередь, регулирует экспрессию остальных генов.

Различия в регуляции экспрессии генов могли бы не иметь большого эффекта, поскольку во всех случаях она зависит от наличия комплекса a1/α2. Однако RME1 регулируется не только этим комплексом, но и реагирует на уровень питательных веществ, активируясь в условиях голода.

Это означает, что у всех трёх видов дрожжей «решение» о спаривании зависит от присутствия гаплоидов противоположного типа, секретирующих факторы a или α. Но у K. lactis на это решение также влияет уровень питательных веществ, делая спаривание более вероятным в условиях голода. Спаривание — необходимый шаг для производства спор, которые могут обеспечить выживание дрожжей в тяжёлые времена.

По словам исследователей, реорганизация у относительно недавнего предка K. lactis привела к опосредованному подавлению генов спаривания через RME1. Общая логика (активность гаплоид-специфичных генов в клетках a и α и их отключение в диплоиде) сохранилась, но «перепрограммирование» интегрировало сигналы о питании в принятие решения о спаривании.

Исследование опубликовано в журнале Nature.