Evolution of yeast cell morphology in response to mechanical stress

Większość laboratoryjnych szczepów Saccharomyces cerevisiae, w tym badany BY, nie posiada zdolności do wytwarzania nibystrzępek. Eksperymentalne wykształcenie fenotypu nibystrzępkowego dla szczepu BY odbywało się jako adaptacja do przeżywania w stresie, polegającym na okresowym wytrząsaniu kultur zmieszanych ze szklanymi kulkami. Wyewoluowane kultury drożdży zawierały komórki normalne i wydłużone. Nibystrzępki należą zatem do normy reakcji zmienionego genotypu przyjmującego formy pośrednie od komórek nieznacznie wydłużonych do długich nibystrzępek. Przeżywalność kolonii z komórkami nibystrzępkowymi na skutek wytrząsania z piaskiem szklanym była od dwóch do czterech razy większa od przeżywalności przodka BY. Analizy molekularne DNA wykazały, że zajście pojedynczej mutacji punktowej, niesynonimicznej w genie GRR1 było wystarczające do powstania fenotypu nibystrzępki. Wynik jest zgodny z wcześniejszymi ustaleniami dotyczącymi funkcji białka Grr1 będącego negatywnym regulatorem wzrostu strzępkowego u Candida albicans. Niniejsza praca jest przykładem zastosowania ewolucji eksperymentalnej za pomocą, której odkryto gwałtowną adaptację w warunkach silnego stresu, a następnie wskazano jej podłoże genetyczne.

Most laboratory strains of Saccharomyces cerevisiae, including the examined BY strain, do not have the ability to produce pseudohyphae. Experimental development of a pseudohyphae phenotype for the BY strain took place as an adaptation to survival under mechanical stress involving periodic shaking of cultures mixed with glass balls. The evolved yeast cultures contained normal and elongated cells. The pseudohyphae thus belong to the reaction norm of the altered genotype, taking intermediate forms from slightly elongated cells to long pseudohyphae. The survival rate of colonies with pseudohyphae cells, upon shaking with glass balls, was two to four times higher than that of the BY ancestor. Molecular DNA analyses showed that the occurrence of a single, non-synonymous point mutation in the GRR1 gene was sufficient to give rise to the pseudohyphae phenotype. The result is consistent with previous findings regarding the function of the Grr1 protein, which is a negative regulator of filamentous growth in Candida albicans. The present work is an example of the application of experimental evolution by means of which rapid adaptation under severe mechanical stress was discovered, and it’s genetic basis was subsequently identified.