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《公共科学图书馆·生物》。2008年5月;6(5):e110。
2008年5月6日在线发布。 数字对象标识:10.1371/期刊.pbio.0060110
预防性维修识别码:PMC2365976型
PMID:18462019

年的准性周期白色念珠菌为重组菌株的形成提供减数分裂的替代途径

约瑟夫·海特曼,学术编辑

关联数据

补充资料

摘要

白色念珠菌有一个精细而有效的交配系统,可以促进二倍体之间的结合和α菌株。交配的产物是四倍体/必须经过还原分裂才能恢复二倍体状态的α细胞。尽管在白色念珠菌基因组,尚未观察到减数分裂程序。相反,可以诱导交配的四倍体产物发生有效的随机染色体丢失,通常会产生二倍体或接近二倍体的菌株。利用SNP和比较基因组杂交阵列,我们现在已经分析了来自白色念珠菌准性周期。我们表明,准性交周期产生的子代菌株具有八种混合组合白色念珠菌染色体。此外,一些菌株在同源染色体之间经历了广泛的基因重组,包括多个基因转换事件。子代菌株在实验室培养基上表现出改变的菌落形态,表明副性周期产生了白色念珠菌在几种真菌中,包括酿酒酵母葡萄裂殖酵母,保守的Spo11蛋白是减数分裂重组的组成部分,在减数分裂中需要它来形成DNA双链断裂。我们显示删除SPO11号机组防止同源染色体之间的遗传重组白色念珠菌准性周期。这些发现表明,至少有一个减数分裂特异性基因被重新编程,以介导非性交生命周期中的遗传重组白色念珠菌.鉴于白色念珠菌对于热血动物来说,准性交周期相对于传统性交周期的潜在优势。

作者摘要

白色念珠菌是一种重要的人类真菌病原体,具有非常规的性周期。有效的交配需要相反交配类型的二倍体细胞首先从更常见的“白色”阶段切换到“不透明”阶段,然后进行细胞融合。由此产生的四倍体菌株可以通过协调染色体丢失的非减数分裂副性程序恢复二倍体状态。我们使用SNP和比较基因组杂交分析了这种副性周期产生的后代,发现了一系列表型发生改变的遗传多样性菌株。此外,在这些菌株的子集中,发现同源染色体之间发生了遗传重组。这种重组依赖于Spo11,这是一种保守蛋白,需要在进行常规减数分裂的真核生物染色体中引入DNA双链断裂。因此,Spo11是基因重组和在白色念珠菌准性周期。

机会性病原体白色念珠菌具有隐秘的副性交配周期,包括表观遗传转换和染色体丢失。这项研究表明,遗传重组发生在交配周期中,这需要Spo11的活性,而Spo11是其他真核生物减数分裂重组所必需的蛋白质。

介绍

在大多数有性繁殖的真核生物中,减数分裂用于精确地将细胞中的DNA含量减半,通常用于从二倍体前体细胞形成单倍体配子。这种特殊形式的细胞分裂包括一轮DNA复制,然后是连续两轮DNA分裂。每一轮DNA分裂都是独一无二的。在第一次减数分裂(减数分裂I)期间,母体和父体同源染色体之间发生广泛的DNA重组,然后将其彼此分离。第二轮DNA分裂(减数分裂II)更类似于正常的有丝分裂DNA分裂,其中姐妹染色单体分离到相反的两极。在真菌中的孢子和动物精子中,所有四个单倍体细胞核形成四个不同的单倍体细胞,而在动物的雌性减数分裂中,只有一个单倍体细胞核存活并形成成熟卵母细胞。

模型真菌的减数分裂过程已被广泛研究酿酒酵母葡萄裂殖酵母.英寸酿酒酵母,单倍体交配材料材料α细胞通常产生稳定的二倍体/在限制氮可用性和存在非发酵碳源的条件下,有丝分裂复制直到随后诱导进行减数分裂的α细胞[1]. S.pombe公司,单倍体细胞之间也会发生交配,但二倍体状态通常是短暂的,会立即进行减数分裂以再生单倍体S.pombe公司再次受到营养线索的控制,因为交配和减数分裂通常只在饥饿条件下发生[2]. 在两者中酿酒酵母S.pombe公司减数分裂产生四个重组单倍体孢子,这些孢子在子囊中结合在一起。

同时酿酒酵母S.pombe公司在人类中很少致病,相关的子囊菌白色念珠菌是一种机会性病原体,能够引起使人虚弱的粘膜感染和潜在的危及生命的全身感染[].白色念珠菌通常是一种无害的共生真菌,存在于至少70%的健康人群的胃肠道中[4]. 然而,白色念珠菌也是最常见的分离真菌病原体,尤其针对免疫系统受损的个体,导致高达50%的血液感染患者死亡[57].

直到最近,白色念珠菌被认为是无性的,只作为专性二倍体生物存在,因此被归类为真菌缺陷[8]. 然而,在这种生物中已经发现了一种强大的交配系统,交配发生在二倍体交配类型之间(MTL公司)和α菌株生成/α四倍体菌株。在实验室条件下和哺乳动物宿主体内不同的生态位中都会发生交配[912]. 临床分离株的群体研究也与白色念珠菌在自然环境中进行基因交换的菌株,尽管速度有限[13].

虽然现在已经在白色念珠菌,交配周期与酿酒酵母和其他真菌。例如,在白色念珠菌受表型转换调节;MTL公司纯合的白色念珠菌细胞可以在白色和不透明两种可遗传状态之间可逆地切换,只有不透明的形式才能有效交配[14]. 这种不寻常的交配调节模式迄今为止是唯一的白色念珠菌(以及与之密切相关的酵母,杜氏假丝酵母[15])很可能这种适应已经进化到调节交配白色念珠菌它们在自然环境中的菌株——温血宿主的菌株。在中完成配对循环白色念珠菌似乎也以非典型的方式发生。虽然还没有观察到减数分裂程序导致的DNA还原分裂白色念珠菌已经证明通过一种准性欲机制回到二倍体状态。在这个过程中,四倍体细胞暴露于某些实验室培养基中,以明显随机但协调一致的方式丢失染色体,从而形成DNA含量为二倍体或非常接近二倍体的细胞[16]. 负责决定白色念珠菌配合类型(MTL公司基因座)在这些实验中随机分离,因此许多子代细胞和自身具有交配能力的α二倍体细胞。二倍体细胞交配形成四倍体细胞,随后随机染色体丢失产生二倍体子代细胞,从而在白色念珠菌.

在这项研究中,我们检测了在白色念珠菌使用SNP和比较基因组杂交(CGH)技术。我们观察到,在副性周期中,染色体的亲本构型发生了广泛的洗牌,导致了许多类型的重组白色念珠菌后代。许多子代菌株不是真的(整倍体)二倍体;相反,它们是非整倍体菌株,通常是一条或多条染色体的三体。此外,我们首次证明,经历染色体不稳定和随后染色体丢失的四倍体菌株也会在同源染色体之间进行遗传重组。

我们还报道了基因重组在白色念珠菌四倍体依赖于Spo11p的存在,这是一种在其他真核生物中通过引入双链断裂(DSB)来启动减数分裂重组的保守蛋白[17]. 这些结果表明白色念珠菌进化为减数分裂的替代途径,以促进细胞倍性的降低,此外,至少有一个通常在减数分裂重组中起作用的基因被共生用于副性交配周期。

结果

一株研究雌雄同体交配周期的菌株白色念珠菌

The parasexual cycle of白色念珠菌如当前设想,如所示图1A.注意,在白色念珠菌尽管基因组中存在许多基因,其同源物在其他真菌的减数分裂中具有特殊功能[18]. 然而,白色念珠菌已发现菌株经历了一个准性周期;四倍体菌株在某些实验室培养基上培养时会变得遗传不稳定,失去染色体并产生自身具有交配能力的二倍体(和非整倍体)子代菌株。染色体丢失过程是一致的,一条或多条染色体的丢失会使细胞失去额外的染色体,二倍体状态是最终产物[16]. 虽然四倍体在YPD培养基上在不同温度下生长时是稳定的,但已确定两种培养条件可诱导四倍体的遗传不稳定性白色念珠菌:(i)四倍体菌株在酿酒酵母37°C下的“预成孔”(prespo)培养基,以及(ii)30°C下含有L-山梨糖的培养基上四倍体菌株的生长。后一种情况先前被证明也会导致二倍体染色体丢失白色念珠菌菌株[19]. 更具体地说,二倍体菌株无法在L-山梨糖培养基上生长,除非他们首先丢失了第5号染色体的一个拷贝,成为该染色体的单体。相反,二倍体菌株在pre-spo培养基上生长时相对稳定,表明二倍体和四倍体菌株在此培养基上培养时表现出非常不同的选择压力。

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年副性交配周期分析白色念珠菌

(A) 中的配合循环概述白色念珠菌.白色MTL公司MTL公司α细胞必须转换到不透明状态才能进行交配并形成单核四倍体/α细胞。随机染色体丢失可能会导致倍性降低回到二倍体(或接近二倍体)。

(B) 从四倍体中选择二倍体后代菌株的方案。一个四倍体菌株,RBY18,杂合镀锌1染色体上的基因(Chr)1和所有四个MTL公司Chr 5上的等位基因是通过交配构建的MTL公司MTL公司α二倍体菌株,如图所示。在诱导染色体不稳定后,通过在2-脱氧半乳糖(2-DOG)培养基上生长来选择倍性降低的菌株,作为唯一一个失去倍性的菌株镀锌1该基因能够在含有2-DOG的培养基上生长。随后通过PCR分析子代菌株MTL公司基因座和流式细胞仪分析证实为二倍体菌株。然后用SNP和CGH微阵列分析菌株,以确定其遗传含量。

监测四倍体菌株的倍性变化白色念珠菌,我们开发了一个具有遗传标记的四倍体菌株RBY18,该菌株包含Chr 1和Chr 5的标记。该菌株是通过交配形成的一个/Δα和Δ/α细胞类型,如所示图1B类[16]. 菌株RBY18为杂合子镀锌1Chr 1上的基因1,可反选。携带野生型菌株镀锌1不能在含有2-脱氧半乳糖(2-DOG)作为碳源的培养基上生长,而失去两个拷贝的衍生菌株镀锌1基因能够在2-DOG培养基上生长[20]. 在大多数情况下,预计加仑1RBY18的功能将通过携带镀锌1等位基因,尽管镀锌1功能也可能因突变或基因重组而丧失。RBY18四倍体菌株对所有四个菌株也是杂合的MTL公司Chr 5:WT上的等位基因,重量α,Δ 1/2和Δα1/α2,使用全细胞PCR和每种特定的寡核苷酸很容易区分MTL公司等位基因[14].

副性染色体减数后二倍体后代的选择

为了产生经历了副性交配周期的子代菌株,标记的四倍体菌株RBY18在prespo或山梨糖培养基和加仑1 菌株在2-DOG培养基上生长筛选。这些2-DOG抗性(狗R(右))随后通过PCR对菌株进行分析,以确认MTL公司Chr 5上的等位基因伴随着镀锌1Chr 1上的等位基因,表明细胞的总倍性降低(未公布的数据)。PCRMTL公司基因座还用于检测可能的头奖效应,其中加仑1 子代可能来自于经历染色体丢失事件的单个细胞。如果可能,具有不同组合的子代细胞MTL公司等位基因用于后续分析。选择的子代菌株在30°C的YPD培养基中生长,并通过流式细胞仪分析以确定每个菌株的总倍性,如图2流式细胞术分析证实,通过用sytox绿染色DNA来判断,每个菌株的DNA含量都是二倍体或接近二倍体[9]. RBY18在预培养基上生长得到7株菌株(P1至P7),RBY18通过山梨糖培养基生长得到6株菌株(S1至S6)(图2). 在分离株之间的流式细胞术DNA图谱中观察到细微差异,其中明显的峰代表非复制(G1期)和复制(G2期)DNA。在一些菌株中,大多数细胞含有复制的DNA(例如S5和S6,图2,图N和图O),而其他具有未复制和复制DNA的细胞的分布几乎相等(例如,P4,图F)。然而,流式细胞术分析的DNA图谱与细胞生长速度之间没有明显的相关性。

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流式细胞术分析副性交配周期的子代品系

四倍体RBY18衍生的子代菌株在液体YPD培养基中生长,如材料和方法菌株P1至P7(C–I)来源于RBY18在pre-spo培养基上的生长,而菌株S1至S6(J–O)来源于RBSY18在山梨糖培养基上生长。在这两种情况下,流式细胞术分析发现子代菌株为二倍体或近二倍体。为了进行比较,还采用流式细胞术分析了双倍体亲本菌株(a)和四倍体菌株(B)。这个x个-每个图形的轴(Sytox)表示核荧光的线性刻度-轴(计数)表示单元数的线性刻度。

为了进一步描述由副性染色体减少产生的菌株的特征,将子代置于富(YPD)培养基上进行单菌落培养,以检查菌落生长。在30°C下孵育7天后,比较菌落的总体大小和形态(图3). 观察到了广泛的表型,包括相对于二倍体和四倍体亲本菌株较小的菌落大小以及改变的菌落形态。一些菌株产生了超细丝形态,这可以通过菌落表面皱纹的增加来证明(例如,后代菌株P3、P4和P6;图3面板E、F和H)。通常情况下,白色念珠菌细胞以出芽酵母、假菌丝或真菌丝细胞的形式生长。通过显微镜对起皱菌落中的细胞进行检查,确认这些菌落含有许多丝状细胞(假菌丝和真菌丝),而未起皱的菌落(包括对照菌株)含有很少的丝状细胞。一些子代菌株在通常诱导菌丝形成的培养基上也表现出丝状减少(蜘蛛培养基和含血清培养基,KA和RJB,未发表的数据)。

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副性交配周期后代株的形态

在YPD培养基上分析四倍体RBY18菌株在预培养基(P1至P7)或山梨糖培养基(S1至S6)上生长的后代菌株。菌株在30°C下培养7天并拍照。许多菌株表现出突变形态,包括菌落表面皱纹增加,表明菌丝细胞形成增加。其中包括一个对照二倍体菌株(SC5314)和一个四倍体菌株(RBY18)进行比较。

因此白色念珠菌可以产生具有不同菌落形态的变异菌株。经历酵母-菌丝转变能力的变化与白色念珠菌菌株[2124]. 因此,在念珠菌病模型中,许多变异菌株的毒性可能会降低;但也有可能,其中一些菌株在特定的选择性条件下具有更高的适应度,从而改善宿主体内特定生态位的定殖。

副性周期子代细胞的基因组分析

SNP和CGH微阵列是检测基因重组和基因组结构的有力方法白色念珠菌[2528]. SNP阵列旨在利用二倍体中染色体同源物之间的序列多样性白色念珠菌基因组。这里使用的全基因组SNP阵列包括152个SNP,分布在白色念珠菌由于每个SNP对一个亲本染色体同源物都是特定的,因此每个同源物在子代中都可以从副性交配周期中区分出来。此外,其他杂合染色体上SNP的杂合性丢失(LOH)可作为遗传重组的标记。定量SNP分析也可用于确定样本中每个同源物的相对拷贝数(参见材料和方法).

CGH分析为SNP阵列提供了一种补充方法,用于确定样本中每条染色体上每个基因的拷贝数。将来自实验样品的标记基因组DNA(Cy3标记)和来自参考二倍体SC5314菌株(Cy5标记)的标记DNA与包含6000个以上的全基因组阵列杂交白色念珠菌ORF公司[27,28]. CGH数据提供了关于每条染色体拷贝数的信息,并指示大规模非整倍体。在这项研究中,我们使用了CGH和SNP方法来获得白色念珠菌协调染色体丢失后的副性周期。

首先使用SNP和CGH阵列分析RBY18和用于构建该四倍体菌株的二倍体亲本菌株。SNP分析证实MTL公司MTLα双亲二倍体菌株对阵列上的大多数SNP都是杂合的,尽管在双亲中MTLα菌株Chr 2的所有标记都是纯合的(表S4). CGH阵列数据证实,亲本菌株为整倍体二倍体,RBY18是整倍体四倍体,因为它们分别含有八个菌株中的两个和四个拷贝白色念珠菌染色体。

然后,我们使用SNP和CGH阵列分析了由RBY18协同染色体丢失产生的13个子代菌株(参见图4S4系列、和表S1S4系列). 13个菌株中只有3个是真正的二倍体(P2、P5和P6)。大多数(10/13)子代菌株包含至少一条额外染色体:在pre-spo培养基上四倍体生长的七个菌株中,有四个菌株的一到三条染色体为三体,所有在山梨糖上生长的六个菌株的八条染色体中,有三条为三体白色念珠菌染色体(图4). 因此,协同染色体丢失通常是不完整的,不会立即导致真正的二倍体菌株。

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通过副性周期从四倍体菌株衍生的子代菌株基因组图谱的示意性总结

通过SNP和CGH全基因组微阵列分析子代菌株,以确定每条染色体的拷贝数和染色体同源物的构型。染色体同源物用蓝色和粉红色条表示,分别代表“母系”和“父系”同源物。遗传重组事件表现为染色体同源物之间异质性的丧失。在染色体为三体的情况下,这由三体染色体右侧的括号表示。P1至P7子代菌株来源于四倍体RBY18菌株在pre-spo培养基上的生长,而S1至S6菌株来源于山梨糖培养基上四倍体的生长。详细的SNP和CGH阵列数据见表S4图S4.

奇怪的是,子代菌株对Chr4的三体性有强烈的偏见;所有携带至少一个三体染色体的菌株(四个预先选择的菌株和所有山梨糖选择的菌株)的Chr 4均为三体。在至少一个后代中也检测到了Chr R、2、5、6或7的三体。正如预期的那样,由于狗的选择,Chr 1始终存在于二体亲本配置中(每个同源物一个副本)R(右)后代要求菌株从MTL公司α交配亲本(图1B) ●●●●。

在的寄生性周期中的基因重组白色念珠菌

子代遗传图谱的最显著特征是,三个菌株包含许多短的LOH片段(每个菌株中观察到六个或七个LOH片段),证明同源染色体之间发生了多次重组事件。分离物P1、S3和S4表现出重组事件,包括多条染色体上SNP处的LOH(包括Chr R、1、2、4、5、6和7,参见图4). 虽然在2-DOG上选择需要继承加仑1Chr 1上的Δ等位基因,这里检测到的LOH事件与镀锌1轨迹。此外,这些事件并不涉及所有Chr5的纯合子,这可能是对山梨糖选择的反应。相反,我们观察到的重组事件似乎与选择无关。总的来说,几个菌株中出现了多个基因转换区,而其他菌株中普遍缺乏基因转换区表明,一些细胞通常能够在多个位点进行重组,而其他的菌株根本没有发生这种重组事件。

在至少一个例子中(P1菌株中的Chr 2),一个完整的染色体臂(Chr 2L)变成纯合的(图4). 这种重组事件可能以两种方式之一发生:(i)染色体之间的交叉导致同源物之间的相互重组,这在其他真菌的减数分裂过程中常见。在这种情况下,参与互惠交换的伴侣DNA在协同染色体丢失过程中丢失。(ii)发生了防波堤引发的复制事件。在这种情况下,一条染色体中的DSB通过DNA复制修复,该复制将模板链从着丝粒附近的断裂处复制到同源染色体中的端粒。断裂诱导复制是一种非互惠重组事件酿酒酵母通常仅限于修复DNA DSB,其中只有断裂的一端与模板具有同源性[29].

在三株进行了胞间重组的菌株中发现了潜在的重组热点。例如,Chr 5上的SNP HST3和2340/2493在P1、S3和S4重组菌株中发生LOH。为了充分记录重组的热点,还需要进行额外的实验。然而,我们的结果表明,重组事件在整个白色念珠菌副性周期中的基因组。

是否白色念珠菌基因组港隐性致死通道?

天然分离物白色念珠菌是二倍体,有人认为单倍体形式不可能存在,因为基因组中存在隐性致死等位基因。支持这一观点的证据来自经典的有丝分裂重组研究[30,31]; 然而,没有系统的研究可能的隐性致死等位基因白色念珠菌基因组已被报道。利用目前的数据集,我们可以排除某些染色体上存在隐性致死等位基因。例如,已经知道Chr 5没有隐性致死等位基因:在山梨糖培养基上生长可以诱导二倍体细胞中任一同源基因的丢失[19]. 这里提供的SNP数据支持这一发现,因为在子代菌株P2和P6中分别观察到Chr 5同源物的AA和BB构型(该命名法将染色体同源物的亲本构型指定为AB)。同样,其他几条染色体也没有携带隐性致死等位基因,因为它们的同源基因可能在副性周期中丢失。在至少一个独立的分离物中,发现Chr R、2、3、5、6和7均为纯合子。然而,每个染色体(AA或BB)只观察到一个纯合子构型,这使得另一个染色体同源物携带隐性致死等位基因的可能性成为可能。下面我们将重新讨论隐性致死等位基因的问题。

减数分裂基因在白色念珠菌

这个白色念珠菌副性周期为减数分裂减少细胞倍性提供了另一种机制。虽然没有实验证据表明在白色念珠菌目前,基因组中含有许多基因的同源物,这些基因在相关酵母的减数分裂中起着特殊作用酿酒酵母[18].一些减数分裂基因来自白色念珠菌减数分裂功能的偶补酿酒酵母证明它们编码保守的蛋白质活性[32]. 似乎有可能(i)白色念珠菌是否有一个隐秘的减数分裂程序尚待发现,或(ii)减数分裂基因已适应白色念珠菌可能有一些处于准性欲途径。

为了解决后一种可能性,我们研究了Spo11蛋白在副性周期的遗传重组中的潜在作用。在真菌中,例如酿酒酵母庞贝乳杆菌在高等真核生物中,Spo11p通过DNA切割的拓扑异构酶样机制在DNA中产生减数分裂特异性DSBs[33,34].白色念珠菌ORF19.11071关于Chr 2编码的潜在同源物酿酒酵母SPO11(http://www.candidagenome.org). 此ORF与SPO11号机组来自不同物种的基因,包括S.pombe公司,酿酒酵母,乳克鲁维酵母、和果蝇属揭示了被鉴定用于DNA链切割的几个关键保守残基存在于白色念珠菌顺序(图S1). 特别是,DNA断裂和形成磷酸酪氨酸键所需的保守活性位点酪氨酸残基存在于白色念珠菌蛋白质。类似地,Glu-233和Asp-288残基在酿酒酵母用于减数分裂重组的Spo11p[35]保存在白色念珠菌蛋白质。ORF19.11071年是Spo11家族的同源物,因此将被称为白色念珠菌本研究剩余部分中的Spo11p。尝试补充酿酒酵母带有的Spo11功能白色念珠菌根据返回生长实验中减数分裂重组率测量,Spo11p没有成功(表S2). 这个结果可能并不令人惊讶,因为SPO11号机组发散物种的序列在核心催化残基之外保守性很差[36] (图S1). 同样值得注意的是,减数分裂蛋白质一般比大多数细胞蛋白质进化更快[37,38],该问题在讨论.

调查是否白色念珠菌Spo11p在有丝分裂细胞中表达,在二倍体中构建了一个Spo11-13myc融合蛋白白色念珠菌菌株。Western blots显示,在YPD培养基中生长的二倍体细胞的有丝分裂提取物中可检测到Spo11-13myc蛋白,尽管其表达水平相对较低(参见与有丝分裂纺锤体蛋白Kar3-13myc的蛋白水平的比较)(图5). 因此,在白色念珠菌,Spo11蛋白在有丝分裂细胞中表达。

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的表达式白色念珠菌有丝分裂细胞中的Spo11蛋白

通过western blotting分析Spo11–13×myc标记蛋白的表达。通道1显示一个缺乏Spo11-13myc融合结构的对照菌株,而通道2显示Kar3-13myc蛋白的表达以进行比较。泳道3-6显示了四个具有Spo11-13myc构建体的独立转化的二倍体菌株的提取物(见材料和方法).

基因重组白色念珠菌副性交配周期依赖于Spo11功能

观察结果表明白色念珠菌Spo11p在有丝分裂生长期间表达,这与它在减数分裂之外的功能一致。检查是否白色念珠菌Spo11p是在副性交配周期中进行基因重组所必需的,我们删除了SPO11号机组遗传标记的四倍体菌株(RBY176/RBY177)中的基因是杂合的镀锌1第1章。在prespo或山梨糖培养基上诱导菌株发生一致的染色体丢失,然后暴露于2-DOG中,以选择丢失两个拷贝的菌株镀锌1.十八只狗R(右)从prespo(八个菌落)或山梨糖(十个菌落(图S2). 事实上,我们检测到了二倍体Δ第11条子代菌株,表明Spo11p对四倍体协调染色体丢失过程不是必需的白色念珠菌菌株。接下来我们分析了Δ的菌落形态第11条二倍体后代。野生型四倍体的后代(图4),许多Δ孢子11子代菌株在YPD培养基上表现出不同的菌落形态(图6).

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Δ衍生二倍体子代菌株的形态第11条四倍体菌株

子代菌株在30°C的YPD培养基上培养7天,并拍摄菌落照片。子代菌株Ps1至Ps8来源于Δ第11条四倍体菌株在pre-spo培养基上生长,而菌株Ss1至Ss10是从山梨糖培养基上获得的。对照二倍体菌株SC5314和四倍体菌株RBY176用于比较。

Δ第11条使用SNP和CGH微阵列(参见图7,以及表S5S6系列、和图S1S4系列). 二倍体亲本之一(RBY79,MTL公司α亲本)最初是Chr 2的纯合子,而另一亲本(RBY77,MTL公司 父母)在Chr 2携带了大量的LOH(图7). 这反映在二倍体后代的Chr 2遗传模式中,二倍体要么只接受一种Chr 2同源物(Ps2、Ps3、Ps4、Ps5、Ps6、Ss1、Ss2、Ss3、Ss4、Ss8和Ss10),要么接受两种仅在Chr 2R端粒附近不同的同源物(Ps1、Ps7、Ps8、Ss5、Ss6、s7和Ss9)。类似地加仑1ΔChr 1亲本同源物MTL公司该菌株在Chr1L端粒附近发生了单个SNP的LOH,该LOH片段保留在所有子代中。

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Δ衍生的子代二倍体菌株基因组图谱示意性总结第11条通过副性周期的四倍体菌株

通过SNP和CGH微阵列分析子代菌株,以确定每个菌株的遗传含量。如图例所述图4,染色体同源物用蓝色和粉色条分别表示“母系”和“父系”同源物。在染色体为三体的情况下,这由染色体右侧的括号表示。Ps1至Ps8子代菌株是从Δ第11条在孢子前培养基上的四倍体(RBY176或RBY177),而Ss1至Ss10菌株来源于Δ孢子11四倍体在山梨糖培养基上的生长。详细的SNP和CGH阵列数据见表S5S6系列图S4.

与野生型一样(SPO11号机组+)大多数菌株(11/18)的后代接近二倍体,至少携带一个三体,最多携带三个三体;而Chr4通常是三体染色体之一(5/11菌株)。其他三体染色体为Chr R、Chr 1、Chr 2、Chr 5、Chr 6和Chr 7。在这些菌株或野生型二倍体后代菌株中,唯一没有变成三体的染色体是Chr 3。协调染色体丢失确实导致9个菌株的Chr R纯合子(一个菌株的三体),且始终保留相同的同源物(蓝色的“A”同源物图7). 有趣的是,虽然没有发现Chr 3的三体,但Chr 3在10个菌株中经历了LOH,其中7个保留同源B(粉红色),3个保留A同源(图7).

Δ第11条后代菌株没有经过任何可检测的基因重组事件。未观察到单个LOH事件(基因转换事件)或染色体交叉事件(长程LOH)(尽管我们注意到,如果发生反向重组事件,其中保留了两条重组染色体,SNP分析将无法检测到这些事件)。相反,后代来自SPO11号机组+13株菌株中有3株表现出多重重组事件(图4),差异具有统计学意义(第页< 0.05). 综上所述,SNP和CGH实验表明,基因重组发生在准性交周期的野生型细胞中,产生重组白色念珠菌菌株。这些重组事件依赖于Spo11p,这是一种保守的蛋白质,通常在多种真核生物的减数分裂中发挥特异作用。我们建议在白色念珠菌用于介导非性交交配周期中的遗传重组。

副性周期中协调染色体丢失模式的分析

Spo11实验使来自白色念珠菌四倍体,我们使用这个扩展的数据集重新评估了在副性周期中染色体丢失的模式。我们汇集了来自四倍体的所有31个子代菌株的基因组分析数据,这些子代菌株通过协调染色体丢失(13个来自野生型SPO11号机组+四倍体和Δ中的18第11条四倍体)(表1). 我们确定,对于每个菌株中的每条染色体,它们是否以同源物的亲本构型(AB)、纯合子构型(AA或BB)或三体构型(AAB或ABB)存在。我们将Chr 1排除在本分析之外,作为损失的选择加仑1在所有分离株中,需要保留Chr 1的AB构型的基因(见图1B) ●●●●。

表1

副性交配周期后代株的基因型综述

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虽然本研究中分析的菌株数量相对较少,但有几个趋势是明显的。首先,如果四倍体菌株中每个染色体的四个副本中有两个以相同的概率丢失,则预计67%的染色体将由AB同源物组成,而33%的染色体会显示AA或BB构型。从pre-spo培养基中选择的分离物包含与此非常接近的染色体分布,72%的二体染色体为AB同源,28%的染色体为AA或BB同源。相反,来自山梨糖培养基的分离物倾向于纯合染色体构型(45%为AA或BB,只有55%显示AB构型)。Sorbose选择的菌株也比pre-spo培养基上选择的菌株更有可能包含三体染色体。在山梨糖培养基上,24.3%的染色体存在三体染色体,而在prespo培养基上选择的分离物中,只有12.4%的染色体是三体的。prespo和山梨糖培养基之间的这些差异都是显著的(第页<0.05),并提供证据表明,在这些培养基上发生染色体丢失的菌株经历了不同的染色体丢失模式或不同的选择压力。

先前的研究也观察到前孢子培养基和山梨糖培养基在二倍体方面的差异白色念珠菌菌株在pre-spo培养基上是稳定的,但在山梨糖培养基上表现出染色体不稳定(尤其是Chr5的染色体,也包括其他染色体的染色体)[16,19,39]. 暴露于山梨糖培养基的四倍体中纯合子AA/BB染色体比例较高的一种可能性是,这些条件产生单体染色体,然后进行重复复制,形成纯合子二体染色体。至少对于Chr 5,通过PCR分型排除了这种可能性MTL公司这条染色体上的等位基因MTL公司四倍体中的等位基因是不同的(MTL公司,MTLα,MTLΔ,MTLΔα;图1B) ●●●●。PCR分析表明,通过SNP分析得到的Chr 5纯合菌株始终包含两个不同的MTL公司等位基因,表明没有发生单体和重复(未发表的数据)。这些实验表明,至少对于四倍体菌株来说,在山梨糖培养基上形成活子代在任何阶段都不需要Chr 5的单体。

在山梨糖培养基衍生的菌株中,三体性比pre-spo培养基更常见,这可能是由于四倍体中一个同源物的染色体丢失或二体菌株中一个染色体同源物的重复。奇怪的是,至少在一部分病例中,三体性是山梨糖衍生菌株中一个同源染色体重复的结果。例如,通过SNP分析,三个菌株S5、Ss1和Ss9被显示为Chr 5的三体,但每个菌株仅包含两种类型的MTL公司PCR基因分型等位基因。这表明Chr5的三体性是由二体菌株中一个Chr5同源物的重复复制引起的。此外,一个分离物(从山梨糖培养基中获得的菌株Ss2)是Chr 1的三体,但很明显加仑1−通过PCR(缺少加仑1ORF),并且也具有2-DOG抗性。因此,在山梨糖衍生菌株中可以区分三体,这是由于Chr 1和Chr 5的染色体同源物的重复。相反,来自pre-spo培养基的菌株Ps8对Chr 5是三体的,在MTL公司基因座,表明三体性是通过失去Chr5的一个同源物而不是染色体重复发生的。总的来说,我们的结果表明,四倍体在山梨糖培养基上的生长可能比在pre-spo培养基上生长对细胞施加更大的选择压力,导致它们通过染色体重复产生三体增加的后代,并且在整个染色体LOH事件的分布中存在更多的偏差。

我们分析的进一步结论是,每个染色体(不包括Chr 1,因为加仑1Δ/Δ)可以以纯合子形式存在。由于所分析的菌株数量有限,我们对大多数染色体只检测到一种纯合子构型(AA或BB构型),但在AA和BB构型中都发现了Chr 3和Chr 5。这意味着Chr3和Chr5一样,在两个同源染色体上都不包含隐性致死等位基因。对此结论的一个可能警告是,未检测到的重组事件可能修复了这些染色体同源物上的隐性致死等位基因。然而,考虑到Δspo11子代产生了大量Chr3同源物纯合的菌株;7个后代是B同源的纯合子,3个是A同源的纯合子。

我们在至少一个子代菌株中检测到除Chr 3外的所有染色体的三体。这表明在这些条件下,在高于整倍体拷贝数的情况下,Chr3上的一个或多个基因可能不能很好地耐受。最近的研究酿酒酵母已经表明,某些染色体拷贝数的增加可能是致命的,因为VI号染色体的单倍体二体细胞是不可见的[40]. 然而,至少在大多数情况下,白色念珠菌一个或多个染色体的三体菌株是活的,并且产生了明显稳定的核型。

最后,对副性周期的子代菌株的生长速率进行了比较。虽然大多数整倍体后代的生长速度与对照二倍体菌株非常相似,但随着三体染色体数量的增加,非整倍体菌株的生长速度越来越慢(图S3). 因此,整倍体后代的平均生长速度比对照SC5314菌株慢7.4%,而含有一条三体染色体的菌株生长速度慢9.5%,含有两条三体的菌株生长进度慢16.3%,含有三条三体菌株的生长速度慢23.4%。因此,随着额外染色体数量的增加,一般来说,细胞的加倍时间也会增加。酿酒酵母一个类似的观察结果表明,非整倍体染色体(单倍体中的二倍体或二倍体的三体)会导致增殖劣势,并且这种劣势通常会随着额外染色体数量的增加而增加[40,41]. 因此,非整倍体似乎给多种酵母带来了增殖劣势。

讨论

大多数有性繁殖生物利用减数分裂来减少细胞的染色体数目,并通过重组产生遗传多样性,通常是为了从二倍体前体中形成重组单倍体后代。白色念珠菌尽管有一个完整的交配器官,基因组中存在许多基因,这些基因在相关真菌物种的减数分裂中起着特殊作用,但减数分裂程序尚未确定[18]. 然而,另一种途径被描述为通过染色体丢失可以完成一个副性周期。与减数分裂过程的精确性相反,副性途径利用随机但协调的染色体丢失从四倍体细胞形成二倍体后代[16]. 本文中,我们使用SNP和CGH微阵列分析揭示了副性途径通过三种不同的机制产生高度分化的菌株:(i)整条染色体的洗牌,导致同源物的新组合;(ii)非整倍体菌株的形成,通常为一条或多条完整染色体的三体;和(iii)同源染色体之间的多重重组事件的积累,这一过程依赖于保守的减数分裂蛋白Spo11p。

染色体一致丢失的准性过程白色念珠菌之前被怀疑通过亲本染色体的随机分离产生新的同源组合[16,42]. 我们的工作现在证实了这一想法。如果染色体还原过程没有完成,或者如果菌株从特定的非整倍体中获得选择性优势(如本研究中Chr 4三体的流行所示),则来自副性周期的菌株通常也包含非整倍染色体。在发现交配之前白色念珠菌经典实验表明,球状二倍体细胞融合可以形成四倍体[43,44]以及可以通过人工手段(例如热休克、药物选择)在这些四倍体细胞中诱导染色体不稳定性[45,46]. 染色体丢失的产物也是具有二倍体或接近二倍体DNA含量的细胞,这表明通过交配或球状细胞融合产生的四倍体中可能发生染色体的随机分离。

我们的发现出乎意料的是,一些经历了副性周期的菌株在同源染色体之间进行了遗传重组。更令人惊讶的是,这些菌株在多个不同的染色体位点发生了重组事件。观察到重组在一些菌株中广泛存在,但在其他菌株中没有,这可能表明菌株可以以两种不同的状态存在;那些在准性周期中准备进行基因重组的和那些没有准备好的。我们注意到,这些重组菌株不太可能由经历减数分裂的四倍体子集形成,因为所有三个重组体都是非整倍体,至少有一条染色体是三体的。相反,减数分裂将主要产生真正的二倍体(整倍体)菌株,而不会产生染色体非整倍体。遗传重组是大多数真菌减数分裂的组成部分,在第一次减数分裂时染色体的准确分离需要同源染色体之间的重组(有关最新综述,请参阅[17,47,48]). 减数分裂重组由Spo11p催化的DNA DSB的形成启动,产生共价蛋白-DNA中间产物,随后由包括细菌RecA同源物在内的酶进行处理[49,50]. 减数分裂重组可以导致DSB两侧DNA的相互交换(交叉事件),也可以导致两侧DNA不发生交换的事件(基因转换或非交叉事件)。然而,至少在酿酒酵母尚未观察到Spo11对有丝分裂重组率的影响(C.Giroux,个人通讯)。

在经历副性途径的菌株中进行重组白色念珠菌比经典减数分裂途径预期的频率低。然而,值得注意的是,删除了白色念珠菌Spo11功能消除了副性交配周期中的所有重组(图7表S5S6系列). 这一结果表明白色念珠菌Spo11p是副性周期中遗传多样性生成的组成部分,因此提高了所产生菌株的变异程度。此外,在缺乏证据表明在白色念珠菌,我们的发现表明了一个减数分裂基因在该生物体中的保护作用。我们认为,在其他生物体减数分裂中起特殊作用的Spo11蛋白在白色念珠菌在准性途径中发挥作用。未来的实验将确定其他减数分裂特异性蛋白是否在白色念珠菌然而,我们不能排除减数分裂蛋白在一个尚待发现的隐秘减数分裂途径中发挥作用的可能性。

酿酒酵母,Spo11与许多辅助蛋白一起作用,引入减数分裂DSB,包括Ski8、Mer2、Mei4、Rec102、Rec104和Rec114[17]. 然而,除了Ski8,这些辅助因子的同源物在白色念珠菌基因组[18]. 这可能是因为,至少部分是因为许多参与减数分裂重组的蛋白质比大多数其他细胞蛋白质进化更快[37,38]. 减数分裂因子的有限保守性也可以解释以下观察结果:白色念珠菌斯波11p与酿酒酵母spo11减数分裂重组突变体。事实上,任何两个物种之间的Spo11p功能的交叉互补性尚未被成功证明(S.Keeney,个人交流)。即使在S.pombe公司在已经鉴定出许多参与减数分裂DSB形成的基因的地方,大多数这些基因与酿酒酵母或任何其他有机体。因此,许多参与DSB形成的蛋白质似乎彼此之间存在显著差异。此外,似乎不同的生物利用不同的生化功能来启动DSB的形成[17]. 很明显,确定与Spo11共同作用的共因子,以介导假两性周期中的重组,将具有重大意义白色念珠菌.

副性子代菌株的表型分析

的产品白色念珠菌副性周期为二倍体和非整倍体后代,表现出不同的群体形态表型。特别是,许多菌株在固体培养基上形成菌丝的趋势增加,这表现为菌落的表面起皱增加或菌落边缘的外围丝状增加。由于酵母-菌丝转变与白色念珠菌菌株,在念珠菌病动物模型中,这些子代菌株可能会表现出毒性改变。与对照二倍体菌株、对照四倍体菌株和其他二倍体后代相比,一些后代菌株表现出生长缺陷。在某些情况下,这可能是由于染色体非整倍体所致,因为这些菌株中的许多携带了八条染色体中多达三条的额外拷贝白色念珠菌事实上,与二倍体对照菌株相比,两条或三条染色体的三体性分别使细胞加倍次数增加16%和23%。最近的研究酿酒酵母已经发现,由于一条或多条额外染色体的存在而导致的非整倍体会导致生长率下降[40]. 大染色体或多染色体的非整倍性与酿酒酵母[40]. 我们在白色念珠菌菌株,一个菌株携带的非整倍体染色体越多,增殖障碍越大。

在副性交配周期的整倍体子代子集中也观察到生长受损。一般来说,1–2条染色体上的LOH通常不会影响生长速度,但跨多条染色体的LOH会影响生长速度(例如菌株Ps7和Ss10)。在这些情况下,多个基因的杂合性缺失可能导致这些菌株的适应度降低。与这一想法一致,大多数临床分离株,包括基因组测序的SC5314菌株,显示出广泛的杂合性。以前的研究表明白色念珠菌来自不同染色体同源物的基因可以导致蛋白质表达和蛋白质功能的改变[5154]. 此外,最近的一项研究分析了多个临床分离株中的Chr 5杂合性,发现在系统性念珠菌病模型中,Chr 5的多个基因的杂合性降低了菌株的毒力[55]. 我们的工作也与多染色体的杂合性提供的观点一致白色念珠菌具有适合性优势的菌株,至少在实验室培养基上生长。综上所述,这些结果表明,多染色体上的基因杂合可以提高体外有丝分裂细胞的适应性和体内菌株的毒力。然而,副性周期(包括本文中描述的重组事件)产生了大量的遗传多样性,似乎存在这样的条件,即实验室中适应性降低的菌株在其他地方具有选择性优势。

有性生殖与无性生殖

最近的工作表明白色念珠菌像其他流行的人类真菌病原体一样新生隐球菌烟曲霉,可以进行性交配,但在大多数情况下,它主要以无性繁殖的方式繁殖[5658]. 模型酵母的研究进展酿酒酵母发现在适当的实验条件下,无性繁殖和有性繁殖都是有利的。在恒定的环境条件下,无性繁殖方式受到青睐,但在应激条件下,有性系具有竞争优势[59,60]. 在以下情况下白色念珠菌临床分离株的群体遗传学首次表明,主要的繁殖方式是克隆的,只有有限的证据表明菌株之间存在遗传重组[6164]. 然而,最近的一项研究发现,临床分离株中重组事件的频率很高,这与白色念珠菌在自然环境中进行有性或副性重组的菌株[13]. 这些研究也与本文的结果一致:副性交配周期可以产生不同的基因型,包括染色体之间发生广泛遗传重组的菌株子集。

对于白色念珠菌与传统的性途径相比,准性欲机制可能提供两个显著的好处。首先,准性机制是不精确的,产生了许多非整倍体菌株和整倍体后代菌株。常见的非整倍体包括携带三体染色体的二倍体菌株,这种核型变异导致后代群体具有更大的遗传和表型多样性。与这一观察结果一致,染色体拷贝数的变化以前与白色念珠菌包括对抗真菌唑类药物的耐药性增加[28,65]. 因此,核型变异似乎是白色念珠菌调节生理上重要的基因[66]. 酿酒酵母,非整倍体菌株与整倍体相比同样处于竞争劣势,除非存在有利于非整倍体形生长的强大选择压力[40,67,68]. 副性周期的第二个潜在好处是它绕过了大多数子囊菌性周期中常见的产孢过程。子囊孢子被认为具有很高的抗原性白色念珠菌菌株通常在热血宿主中作为共生体存在,没有孢子形成可能有助于遗传多样性的产生,而不会影响细胞存活[56].

总之白色念珠菌提供了性生殖周期的替代方案。协调染色体丢失使细胞的倍性从四倍体降低到近似二倍体,从而产生具有不同表型的重组子代菌株。依赖于Spo11蛋白的同源染色体之间的遗传重组发生在这些还原性有丝分裂期间,进一步促进了遗传多样性。我们认为,至少有一些减数分裂重组机制已被重新编程,以在白色念珠菌最后,我们注意到白色念珠菌只有在热血动物身上才能繁衍生息,与传统的性交周期相比,准性交周期具有许多潜在的优势。

材料和方法

菌株和培养基。

如前所述制备标准实验室培养基[69]. 先前描述了遗传标记四倍体菌株RBY18的构建[16]. 四倍体Δ第11条首先删除SPO11号机组二倍体菌株RBY16和CHY477中的基因[16]. 两份副本SPO11号机组使用改进的Ura爆炸机方法连续中断[70,71]. A类SPO11号机组通过PCR扩增HisG-URA3-HisG公司使用来自质粒pDDB57的寡核苷酸SPO11 KO-5′和SPO11 KO-3′的盒(参见图S5) [71]. 然后通过替换来构建杂合菌株SPO11号机组用编码序列URA3公司两侧的可选标记HisG公司重复。一份副本中删除的Ura+菌株SPO11号机组在非选择性培养基上生长,然后在含有5-氟代甲酸(5-FOA)和尿苷的SCD培养基上培养,以选择丢失URA3公司基因[70]. 这个HisG-URA3-HisG公司然后用盒式磁带删除SPO11号机组基因。建筑Δspo11在Ura爆炸盒整合后,使用PCR检查5′和3′连接,并确认突变体丢失SPO11号机组第二轮转型后的ORF。删除SPO11号机组在二倍体菌株RBY16和CHY477中,分别产生了菌株RBY77和RBY79。二倍体菌株如前所述进行交配[16]形成四倍体Δ第11条菌株RBY176和RBY177。

为了跟踪Spo11蛋白的表达,将基因序列与编码13×myc表位标签的基因序列融合。首先用5′-cccatatgaagcactaactc-3′和5′-ggcgcgcgcgatcgtttagtagcctc-3’的寡核苷酸Spo11(myc)扩增了Spo11基因和启动子。然后用HindIII和SmaI酶消化扩增序列,并连接到pMYC-HIS1载体。生成的质粒包含SPO11号机组基因序列与myc表位的13个拷贝融合。然后通过BstBI消化使质粒线性化,并用于转化菌株RBY1118(二倍体-类型匹配应变)以生成CAY126。RBY1118本身源自/α菌株SNY87[72]通过在山梨糖培养基上生长来选择和α衍生物,如前所述[19]. PCR用于确认载体已插入内源性SPO11号机组等位基因。为了诱导四倍体菌株的染色体不稳定SPO11号机组 +四倍体菌株RBY18或Δ第11条四倍体菌株RBY176/177,在酿酒酵母预成孔(prespo)培养基(0.8%酵母提取物、0.3%蛋白胨、10%葡萄糖和2%琼脂)在37°C下培养10天。或者,四倍体菌株在30°C下的L-山梨糖培养基(0.7%酵母氮基(无氨基酸)、2%L-山梨糖苷和2%琼脂糖)上培养10天,培养后,1号染色体缺失后变成加仑1如前所述,通过在2-脱氧半乳糖(2-DOG)培养基上生长2 d来选择−[16]. 2-DOG(双声道)+菌落贴在YPD上,然后冷冻(在50%甘油和YPD的1:1溶液中)。后代菌株的后续培养保持在最低限度(少于1周)。

我们没有试图重新融入社会SPO11号机组有三个主要原因。首先,正在测试的表型是微妙的;18元人民币(SPO11号机组 +)在13个后代中,有3个四倍体菌株表现出重组事件,而Δ第11条突变体没有观察到重组事件。其次,由于我们正在研究四倍体菌株中的一种现象,尚不清楚有多少拷贝SPO11号机组该基因需要重新整合到四倍体中,才能与突变体产生显著差异。第三,重组菌株通常表现出一系列互补效率,必须对多个菌株进行分析以确认野生型表型的恢复。

菌株的PCR和流式细胞术分析。

PCR分析MTL公司等位基因被用作每个样本中Chr5拷贝数的指标。PCR引物MTL公司1,MTLα1, Δ 1,和Δα2被用来区分MTL公司四倍体细胞和四倍体后代细胞中的等位基因。寡核苷酸用于MTL公司前面已经描述过分析[14].

为了生成用于流式细胞仪分析的细胞,测试菌株在30°C的YPD培养基中生长,并在OD介于1和2之间时收获。然后按照前面所述准备样品进行分析[16].

SNP和CGH微阵列。

在此之前,我们描述了SNP微阵列的开发,以确定基因组中123个SNP位点的基因型白色念珠菌(Forche等人,未发表的数据。)。在这项研究中,微阵列被扩展到包括另外29个SNP位点,总共有152个(表S3). 29个新SNP位点中的15个来自Wu等人[73] (表S3). 由于Wu及其同事使用的是临床分离物,而不是菌株SC5314的衍生物(SNP微阵列基于SC5314中的SNP),如前所述,通过测序证实了所报告的SNP的存在[25]. 开发了新的引物对,用于扩增适合SNP微阵列分析的小PCR产物。如其他地方所述,设计等位基因特异性寡核苷酸、探针生成、玻片制备/杂交、数据分析和LOH事件序列确认([26]; Forche等人,未发表的数据)。已改编的CGH白色念珠菌如前所述进行[27].

统计分析。

一条双尾蛇t吨进行测试以表明核型变化是否具有统计学意义。A类第页-双尾中<0.05的值t吨测试被解释为显著差异,而第页-值>=0.05不显著。

蛋白质印迹。

菌株CAY126(Spo11-13myc)、RSY84(Kar3-13myc)和未标记RBY1118菌株的培养物在30°C的YPD培养基中生长至对数期,并收获细胞。通过在含有蛋白酶抑制剂(胃蛋白酶抑制素A、亮氨酸蛋白酶、苯甲基磺酰氯和抑肽酶)的裂解缓冲液(10 mM Tris-HCl[pH7.5]、50 mM NaCl、1 mM二硫苏糖醇)中重新悬浮细胞颗粒,制备这些菌株的全细胞提取物通过珠子敲击12-15个周期(30秒的涡流,然后在冰上30–60秒)实现裂解。用SDS-PAGE分离每个样品的等分样品,并用western blotting进行分析。使用1/2000稀释度的抗myc抗体(4a6抗体;Millipore)和1/1000稀释度的HRP(辣根过氧化物酶)结合抗体检测myc标记的蛋白质(Jackson Laboratories)。使用SuperSignal West Pico化学发光底物(Pierce)和放射自显影胶片观察抗体结合。

支持信息

图S1

对齐白色念珠菌来自其他物种的带有保守Spo11蛋白质的Spo11:

白色念珠菌斯波11(的产品或f19.11071)与来自S.pombe公司,酿酒酵母、和乳杆菌,以及果蝇属Spo11蛋白。活性位点酪氨酸残基以黄色突出显示,其他高度保守区域以蓝色突出显示。

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图S2

Δ衍生子代二倍体菌株的流式细胞术分析孢子11通过副性周期的四倍体:

作为对照,用流式细胞仪分析了亲本二倍体菌株(a)和四倍体RBY18菌株(B),以进行比较。这个x个-每个图形的轴(Sytox)表示核荧光的线性刻度-轴(计数)表示单元数的线性刻度。

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图S3

野生型子代菌株的生长速率(SPO11号机组 +)和Δspo11四倍体菌株:

(A) 在30°C的YPD培养基中指数生长期间,每个子代菌株的倍增时间(DT)(min)。

(B) 图中显示了非整倍体(三体)染色体数量增加与细胞加倍次数增加之间的相关性。

(C) 子代菌株的细胞加倍时间增加取决于它们包含的额外染色体数量(超过正常二倍体补体)。将子代菌株与SC5314、/α二倍体对照菌株。显示平均数据的标准误差。含有两条或三条三体染色体(分别为+2 Chr或+3 Chr)的子代的生长速率与整倍体二倍体菌株显著不同(第页<0.005),使用t吨-测试(假设方差相等的两个样本)。

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图S4

野生型子代菌株的CGH分析(SPO11号机组 +)和Δ第11条四倍体菌株:

每个染色体的图用-表示根据log2值计算的基因拷贝数的轴。缩写为CSE4,着丝粒DNA;MRS,主要重复序列;运输。,转座子;CARE-2,CARE-2重复元素;电话。,端粒序列。

(3.86 MB PPT)

图S5

用于扩增孢子11基因中断结构:

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表S1

CGH和SNP数据的比较:

表中显示了CGH和SNP分析显示的大量染色体变化。这些变化包括染色体非整倍体(三体染色体;3×)和LOH事件(全染色体或部分染色体)。该表显示了CGH和SNP技术鉴定三体染色体之间的高度相关性。

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表S2

中Spo11函数的补充酿酒酵母减数分裂重组:

10库存(Δspo11)被转换为ARS/CEN公司携带指示物的质粒SPO11号机组等位基因。基因内重组被测量为HIS+原养生物频率(频率×10每活细胞)在SPM培养基中30°C下8小时后[35]. 每个值都是平均值±至少四个实验样品的标准偏差。尚未减去减数分裂前的原养生物频率。

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表S3

本研究中使用的其他SNP:

如表所示,本研究还包括29个额外的SNP。每个SNP都有一个唯一的标识符编号(151–179)和一个描述性名称(例如ERG7/1)。Contig 19数据库中每个SNP的染色体位置(http://www.candidagenome.org)已列出。染色体位置由染色体数目和发现SNP的Sfi片段表示(例如,2U表示第2染色体上的Sfi-片段U)。有关的物理映射的更多详细信息白色念珠菌http://albicansmap.ahc.umn.edu注意,一些SNPs位于相同的PCR产物上(例如,SNPs 152、153和154都位于2号染色体上的相同PCR产物上)。

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表S4

野生型子代菌株的SNP数据(SPO11号机组 +)四倍体菌株(RBY18)

表中显示了亲本二倍体(DIP)、四倍体RBY18株(TET)和13个后代(PR)株的SNP数据。菌株P1至P7来自pre-spo培养基,而菌株S1至S6来自山梨糖培养基。纯合子基因座由红色文本(AA配置)或粉红色文本(BB配置)表示。三体基因座用绿色文本(AAB配置)或蓝色文本(ABB配置)表示。黑色文本表示该基因座为杂合型(AB构型)。NaN;数据不适用。

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表S5

Δ衍生子代菌株的SNP数据第11条在Pre-Spo培养基上生长的四倍体:

表中显示了亲本二倍体(DIP)、四倍体菌株(RBY176/177;TET)和八个后代菌株(PR)的SNP数据。菌株Ps1至Ps8来源于Δ第11条四倍体在prespo培养基上生长。纯合子基因座由红色文本(AA配置)或粉红色文本(BB配置)表示。三体基因座用绿色文本(AAB配置)或蓝色文本(ABB配置)表示。黑色文本表示该基因座是杂合子。NaN;数据不适用。

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表S6

Δ衍生子代菌株的SNP数据第11条Sorbose培养基上生长的四倍体:

表中显示了亲本二倍体(DIP)、四倍体菌株(RBY176/177;TET)和十个后代菌株(PR)的SNP数据。菌株Ss1至Ss10来源于Δ第11条在山梨糖培养基上生长的四倍体。纯合子基因座由红色文本(AA配置)或粉红色文本(BB配置)表示。三体基因座用绿色文本(AAB配置)或蓝色文本(ABB配置)表示。黑色文本表示该基因座为杂合基因。NaN;数据不适用。

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致谢

我们感谢Scott Keeney(纪念斯隆-凯特琳癌症中心)提供的质粒、有益的讨论以及对手稿的阅读,感谢Craig Giroux(韦恩·萨特大学)传达未发表的结果。拉奎尔·舍伍德和卡斯滕·保尔森协助进行了几项实验,而劳伦特·布罗西则提供了抗体。我们还感谢乔治亚娜·梅(Georgiana May)和皮特·马吉(Pete Magee)对早期开发全基因组SNP阵列工作的支持,以及苏珊娜·辛迪(Suzanne Sindi)和崔孙叶(Chui-Sun-Yap)对数据统计分析的帮助。

缩写

CGH公司比较基因组杂交
DSB公司双绞线断裂
LOH公司杂合性缺失
MTL公司类似于mating-type

脚注

作者贡献。AF、ADJ、JB和RJB构思并设计了实验。AF、KA、DS和RJB进行了实验。AF、KA、ADJ、JB和RJB分析了数据。AF、KA、ADJ、JB和RJB撰写了论文。

基金。这项工作得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)向JB提供的R01 AIO62427补助金、罗德岛基金会(Rhode Island Foundation)提供的补助金以及理查德·所罗门(Richard B.Salomon)授予RJB的教职工研究奖(Faculty Research Award)的支持。

相互竞争的利益。提交人声明不存在相互竞争的利益。

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文章来自PLOS生物学由以下人员提供多环芳烃