Жизненный цикл S. cerevisiae
Дрожжи S. cerevisiae размножаются путем митотических делений в гаплоидном или диплоидном состоянии, образуя почку, которая постепенно увеличивается и в какой-то момент отделяется от материнской клетки ( рис. 4.2 а). Гаплоидные клетки дрожжей могут спариваться друг с другом (коньюгировать), поскольку существуют в виде одного из двух типов спаривания, обозначаемых как а и альфа, напоминающих два пола у млекопитающих. Клетки каждого типа образуют свой феромон, привлекающий клетки противоположного типа: клетки типа а синтезируют 12-членный пептид, называемый а-фактор , который связывается мембранным рецептором а-фактора на поверхности клеток типа альфа. И наоборот, клетки типа альфа синтезируют 13-членный пептид , который связывается рецептором альфа-фактора на поверхности клеток типа а. Эти взаимодействия приводят к остановке клеток на стадии от средней до поздней G1-фазы клеточного цикла. При этом клетки приобретают грушевидную форму, называемую "шму" (shmoo) по имени персонажа известного мультфильма ( рис. 4.2 б). Клетки противоположных типов сливаются своими выпячиваниями, образуя диплоидную клетку а/альфа. В диплоидных клетках способность к спариванию репрессирована: они размножаются вегетативно (т.е. путем митотических делений), как и гаплоидные клетки. С другой стороны, в условиях голодания в них индуцируется мейотическая программа, приводящая к формированию аска (сумки) с четырьмя спорами, по две каждого типа спаривания. При поступлении достаточного количества питательных веществ гаплоидные споры превращаются в клетки, способные к спариванию, т.е. возобновляется нормальный жизненный цикл.
Хотя в лабораторных условиях гаплоидные клетки дрожжей обычно маркируются одним из двух типов спаривания, в естественных условиях они переключают свой тип спаривания практически с каждым клеточным циклом ( рис. 4.3 а). Такое переключение индуцируется эндонуклеазной активностью (НО), осуществляющей сайт-специфический двунитчатый разрыв в области локуса MAT . Происходящий затем процесс конверсии генов переносит информацию о противоположном типе спаривания из конститутивно "молчащего" донорского локуса HMLa или HMRальфа , в активный локус MAT. Такие штаммы называют гомоталлическими (homothallic) . Это означает, что вегетативно растущая клетка типа MATа быстро даст MATальфа потомство и наоборот. В условиях лаборатории удобно использовать клетки со стабильным типом спаривания, поэтому лабораторные штаммы конструируют с дефектным геном эндонуклеазы НО, что исключает расщепления локуса MAT и, соответственно, переключение типов спаривания. В результате образуется гетероталлический штамм . Такие штаммы содержат "молчащие" локусы НМ и активный локус MAT стабильно а- или альфа-типа. Два "молчащих" локуса типов спаривания ( рис. 4.3 ,), по одному для каждого "пола", поддерживаются в конститутивно "молчащем" эпигенетическом состоянии и стали классической моделью для изучения гетерохроматина.
