Желтый пигмент не дает спорам социальных амеб высвободиться раньше времени

Амебы Dictyostelium discoideum при недостатке еды формируют плодовые тела, содержащие споры. В благоприятных условиях споры выходят из плодового тела. Одним из факторов, сдерживающих преждевременный выход и прорастание спор, оказался поликетид диктиоген, придающий плодовым телам желтый цвет.

Плодовые тела амеб Dictyostelium discoideum на питательной среде. Видны сорусы, окрашенные в желтый цвет.

Credit: Rosa Herbst/Leibniz-HKI | Пресс-релиз

Социальные амебы Dictyostelium discoideum в условиях недостатка пищи могут объединяться — они образуют многоклеточные структуры в форме шара на стебле, видные невооруженным глазом. Такие структуры, называемые плодовыми телами, наполнены спорами и могут переноситься животными и ветром. Ученые из Германии определили один из факторов, контролирующий выход спор из плодового тела.

«Вы можете представить это плодовое тело как воздушный шар с водой, — объясняет соавтор исследования Роза Хербст из отдела палеобиотехнологии Института Лейбница по исследованию натуральных продуктов и биологии инфекций — Института Ганса Кнолля (Leibniz-HKI). — Он может легко лопнуть, и споры высвободятся».

Авторы новой работы выделили и описали вещество, которое предотвращает преждевременный выход амебных спор, то есть удерживает амеб рядом друг с другом до тех пор, пока они не попадут в более благоприятную среду.

Ранее было показано, что в формировании плодовых тел участвуют ферменты поликетидсинтазы. Ученые проанализировали данные об экспрессии генов поликетидсинтаз на разных этапах жизни амеб и выбрали для дальнейшего изучения ген pks5, кодирующий поликетидсинтазу-5. Они предположили, что этот фермент связан с многоклеточным развитием или с формированием спор и визуализировали его экспрессию. Оказалось, что pks5 локализуется вокруг спор во время многоклеточной стадии жизненного цикла D. discoideum, но не экспрессируется в самих спорах.

С помощью CRISPR-Cas9 ученые инактивировали ген pks5 в D. discoideum. Мутантные амебы развивались нормально, однако их сорусы (шары со спорами) были почти прозрачными, в отличие от желтых сорусов амеб дикого типа. Кроме того, ученые обнаружили в прозрачных сорусах пустые оболочки спор. В другом мутантом штамме, где pks5, наоборот, сверхэкспрессировался, желтым был не только шар со спорами, но также стебель и базальная пластина (место, откуда стебель «рос»).

Сравнив метаболомы плодовых тел амеб дикого типа и мутантных амеб, авторы дифференцировали продукт фермента pks5 — поликетид диктиоден. Именно он придавал сорусам желтый цвет. Спектроскопия показала, что это полиненасыщенная длинноцепочечная жирная кислота с гидроксильной группой при С17 и метильной группой в α- или γ-позиции.

Ученые предположили, что диктиоден сдерживает слишком раннее прорастание спор. Обработка спор этим пигментом действительно предотвращала их прорастание — чем больше было пигмента, тем меньше спор прорастало. Однако полного ингибирования достичь не удалось.

«Сначала мы понятия не имели, что делает этот поликетид, — говорит соавтор работы Маркус Гюнтер, сотрудник Leibniz-HKI. — Однако обнаружилось, что у амеб без поликетидсинтазы-5 плодовые тела часто содержат споры, которые высвободились слишком рано. В дальнейших экспериментах с обработкой диктиоденом удалось обратить этот ранний выход на 50 процентов. Поэтому очевидно, что другие вещества играют роль, но мы предполагаем, что диктиоден особенно важен для подавления преждевременного высвобождения спор».

Ингибирование преждевременного прорастания спор важно для обеспечения их рассеивания и в итоге — для выживания амеб. Поэтому торможение и активация прорастания должны контролироваться множеством факторов.

Источник

Günther M., et al. Yellow polyketide pigment suppresses premature hatching in social amoeba // PNAS, published October 17, 2022, DOI: 10.1073/pnas.2116122119

Пресс-релиз

Добавить в избранное