Септы у грибов презентация

СЕПТЫ (от лат. septum, saeptum, перегородка) – перегородки, разделяющие гифу на компартменты
или клетки после деления (одноклеточные грибы)

Функции септ
структурная поддержка гифы,
разделение мицелия на компартменты (с разными физиологическими и биохимическими процессами, например, при формировании спор),
контролируемое распределение органелл (аско- и базидиомицеты),
первая линия обороны в случае повреждения клеток (образование у несептированных грибов и закупоривание пор у септированных грибов),
конечный этап цитокинеза (материнская клетка делится на две).

Быстрое закупоривание септальной поры у аскомицетов (включая дейтеромицеты с аскомицетным аффинитетом) и гомобазидиомицетов Markham, 1994

Органеллы, которые закрывают септальную пору.
1.-2. Тельца Воронина
1.Электронно-плотные тельца Воронина округлой формы, одно закрыло пору, второе расположено рядом, и два в поврежденном компартменте Aspergillus.
2. Тельце Воронина гексагональной формы в поре Neurospora crassa.
3. Три вытянутых кристаллических тела, лежащих бок о бок и закрывающих пору Discina venosa.

Химический состав септ аско- и базидиомицетов
Грибная септа содержит хитин, который отсутствует у животных и растений. Септальная пластина помимо хитина у аскомицетов состоит из β-глюканов, но α-глюкан - компонентом латеральных стенок - не обнаружен. Старая септа может быть покрыта аморфным слоем белка. Подобно аскомицетам, химический состав септы у базидиомицетов отличается от латеральных клеточных стенок. Латеральные клеточные стенки состоят из хитина,
β-1,3/β-1,6-глюкана, но не α-1,3-глюкана. Более того, долипоровое вздутие/утолщение содержит больше β-1,6-глюкана, чем септальная пластинка.

Типы септ у разных таксономических групп грибов (Lutzoni et al., 2004)
Плазмодесмы (=десмопоры)— микроскопические цитоплазматические мостики, соединяющие соседние клетки
между ризоидальной клеткой и зооспоранигием
микропоровая септа

Типы септ у вегетативных клеток разных таксономических групп грибов (Lutzoni et al., 2004)
пор.Kickxellales
пор.Mucorales
мицелий
гаметангий
Септы большинства зигомицетовых грибов – сплошная поперечная перегородка, которая формируется для изоляции старых или поврежденных районов мицелия или при формировании репродуктивных структур
микропоровая септа
однопоровая септа

Типы септ у вегетативных клеток разных таксономических групп грибов (Lutzoni et al., 2004)
диаметр поры 50-500 нм
микропоровая септа
однопоровая септа с тельцами Воронина

Однопоровая септа с поровыми включениями

Долипоровая септа с парентосомой

Септы с плазмодесмами между ризоидом и спорангиумом у Chytridium confervae из отдела Chytridiomycota

Септы с плазмодесмами у дрожжей
Fig. 9. Saccharomycopsis synnaedendra. Plasrnodesmata in septum of a hypha.
Fig. 10. S. synnaedendra (Pichia crossotarsi). Multiple scars (arrowed) on neck of a yeast cell.
Fig. 11. Arthroascus javanensis. Two separating cells with a single connection in the center
of the septum.
Fig. 12. Saccharomycopsis lipolytica. Mother cell and bud with a central connection in the
cross wall.

Септа Geotrichum candidum с микропорами

Септы с одной порой с вильчатым утолщением и внутрипоровым включением (пор Kickzellales
класс Zygomycetes отдела Zygomycota)
рис. 7-8 Mycoëmilia scoparia
рис. 9 Ramicandelaber brevisporus

Однопоровые (=простые) септы с тельцами Воронина у Aspergillus nidulans (А,В) и Neurospora crassa (C)

Септы в генеративных клетках Sordaria humana : аскогенные гифы (5-8) и сумки (9)

Ультраструктура септы и септальной поры у Basidiomycota

Pucciniomycetes представлены ржавчинными грибами, которые имеют септы как у мицелиальных Ascomycota, но без телец Воронина (к септам бывают приурочены микротельца), трехламеллярная септа с простой порой, окруженной везикулами, электронноплотными глобулами или микротельцами
или мультиперфорированная септа с простыми порами у Kriegeria eriophori Microbotryomycetes

Pucciniomycetes

Ustilaginomycetes или головневые грибы. Имеют септы близкие по структуре к септам ржавчинных грибов, но могут иметь незначительный вздутый ободок вокруг поры. Септальные поры могут ассоциировать с мембранными шапочками или мембранными поясками/ободками

Редко у Tilletiales и Entorrhizomycetales – долипоровые септы без шапочек и парентосом, иногда могут иметь окружение из мембран ЭПР

Долипора - бочонкообразное вздутие вокруг поры (долипора) окружена группой везикул или трубочек (структурно идентичных ЭР)
класс Tremellomycetes
пор.Tremellales
Trichosporon sporotrichoides - долипору окружает везикулярно-трубчатая шапочка, из мембран ЭПР

Tremella globospora

Долипора без парентосомы,
окружена мембранами ЭПР
Cryptococcus (Filobasidiella neoformans) из пор.Tremellales

Auricularia auricula-judae
Lu, H. and D. J. McLaughlin (1991)
Auriculariaceae, Auriculariales, Incertae sedis, Agaricomycetes, Basidiomycota, Fungi

Долипора с перфорированной парентосомой
и маленькими перфорациями как у Schizophyllum commune.
Диаметр SPC (septal pore cap) Schizophyllum commune от 450 до 600 нм с перфорациями 100 нм.

Долипора с перфорированной парентосомой
и крупными перфорациями у Rhizoctonia solani
Диаметр SPC Rhizoctonia solani от 1600 до 2000 нм, имеющий 3-5 перфораций с диаметром 800 нм.

У некоторых агарикоидных грибов еще наблюдается наружная шапочка, например, у Agaricus bisporus, Coprinus cinereus, Agrocybe praecox, которая напоминает цистерны ЭР, связанные с перфорированными парентосомами. Присутствие наружной шапочки вокруг перфорированной SPC может зависеть от стадии развития гифы.

Диаграмма продольного среза септального аппарата показывающая нормальное положение (точковая линия) и модифицированное с током цитоплазмы (твердая линия) (Bracker, Butler, 1964)
Долипоровый канал от 70-500 нм
Септальное вздутие состоит из хитина и глюкана (альфа и бета)

Парентосома – субдомен ЭПР, многослойная структура, у которой внутренняя и наружная мембраны образованы мембранами ЭПР.
Модель парентосомы of S. commune.
Белок SPC33 локализован в люмене ЭПР и взаимодействует с цитозольным белком SPC14. ЭПР продолжается в парентосому.

Начинается с лизиса долипорового утолщения. Долипоровое вздутие прогрессивно исчезает, пока не исчезнет совсем. Реорганизация септы как было показано ассоциировано со вторжением везикул, мультивезикулярных тел и вакуолей в район септы, которые, по-видимому, содержат литические и синтетические ферменты и компоненты матрикса. Процесс лизиса направлен от септальной поры к стенке гифы и продолжается до исчезновения септы.
Реорганизация долипоровой септы

Частичный лизис долипорового вздутия у шампиньона двуспорового

Септирование и цитокинез у грибов
Септирование или формирование септы и цитокинез (деление цитоплазмы после митотического деления ядра) у грибов имеют ряд особенностей:
Во-первых, образование септы не всегда приурочено к делению ядра и это приводит к образованию многоядерных клеток или даже к существованию асептированного мицелия (зигомицеты).
Во-вторых, у грибов можно встретить два типа цитокинеза (полный и неполный).

Грибы проявляют одну из двух моделей роста: дрожжеподобную или мицелиальную. Дрожжеподобный рост, примером которого может быть рост дрожжей Saccharomyces cerevisiae, характеризуется полным цитокинезом – процессом, который заключается в разделении дочерней клетки и материнской за счет частичной деградации хитинсодержащей первичной (см. далее) септы. Мицелиальные грибы обладают поляризованным ростом за счет деления апикальной клетки и формируют гифу, которая у большинства видов грибов (аскомицеты и базидиомицеты) разделена на клетки септами. В септировании мицелиальных грибов и цитокинезе дрожжей участвуют гомологичные белки. Однако септа мицелиальных грибов не разделяет полностью цитоплазму смежных компартментов из-за наличия септальной поры (неполный цитокинез наблюдается у большинства грибов). В местах септирования не происходит гидролиза хитина, что приводит к формированию многоклеточного мицелия.

Цитокинез и формирование септы - завершающие этапы клеточного цикла и поэтому нуждаются в тщательном генетическом контроле, также как и другие процессы, такие как рост дочерней клетки/апикальный рост, удвоение ДНК и митоз. Концепция деления клетки одна из фундаментальных проблем всех клеток, которая находит разные решения при развитии бактерий, грибов, растений и животных. Клеточное деление у грибов происходит в три этапа:
Выбор места деления
Сборка белкового комплекса
Формирование сократительного акто-миозинового кольца еще до окончания митоза и отложение хитина и других компонентов септы

Формирование септы у мицелиальных грибов имеет место в прорастающих спорах, в апикальных компартментах гифы и в местах бокового ветвления, при формировании пряжек и спор (базидиоспор в т.ч.).

Выбор сайта деления у Saccharomyces cerevisiae (А)
и Schizosaccharomyces pombe (Б)
голодание

Образцы септирования у мицелия

Сборка белкового комплекса у S.cerevisiae (А) Aspergillus oryzae (Б) (септинов в том числе)

Образование септы у почкующихся дрожжей.
Кольцо из септинов (желтым) лежит под клеточной мембраной, неизвестные белки (черные стрелки) связывают акто-миозиновое кольцо (голубое) с мембраной.
Доставка трансмембранной хитин-синтазы Chs2 (розовым) в мембранных везикулах (не показано) по соседству с мембраной и сократительным кольцом.

Формирование септы у Saccharomyces cerevisiae
Формирование септы происходит в три этапа.
А. Первый этап происходит очень рано, когда хитиновое кольцо (зеленым) появляется в основании почки «почечеый рубец» (СsIII – хитинсинтетаза III- черным, Rho1p и Fks1p – компоненты β 1-3 глюкан синтазы). На этой стадии дочерняя почка растет апикально.
В - дочерняя клетка меняет рост на изодиаметрический, а Rho1p и Fks1p – компоненты не выявляются.
С- Второй этап происходит в процессе цитокинеза: когда сокращение актомиозинового кольца приводит к инвагинации плазмалеммы. Мембрана впячивается и синтезируется хитин (реакция катализируется хитинсинтетазой II коричневым цветом, CsII), который формирует диск – первичную септу (зеленым), и которая является первой структурой разделяющей клетки.
D – первичная септа полная и происходит образование вторичной септы (SS), которая откладывается по обе стороны от первичной септы (желтым).
Е – Третий этап: хитиназа лизирует первичную септу, дочерняя клетка отделяется от материнской. Лиловым цветом показана хитинсинтетаза I, CsI, которая выполняет репаративную функцию, если процесс лизиса заходит слишком далеко.
Формирование септы у Saccharomyces cerevisiae
Формирование септы происходит в три этапа.
А. Первый этап происходит очень рано, когда хитиновое кольцо (зеленым) появляется в основании почки «почечеый рубец» (СsIII – хитинсинтетаза III- черным, Rho1p и Fks1p – компоненты β 1-3 глюкан синтазы). На этой стадии дочерняя почка растет апикально.
В - дочерняя клетка меняет рост на изодиаметрический, а Rho1p и Fks1p – компоненты не выявляются.
С- Второй этап происходит в процессе цитокинеза: когда сокращение актомиозинового кольца приводит к инвагинации плазмалеммы. Мембрана впячивается и синтезируется хитин (реакция катализируется хитинсинтетазой II коричневым цветом, CsII), который формирует диск – первичную септу (зеленым), и которая является первой структурой разделяющей клетки.
D – первичная септа полная и происходит образование вторичной септы (SS), которая откладывается по обе стороны от первичной септы (желтым).
Е – Третий этап: хитиназа лизирует первичную септу, дочерняя клетка отделяется от материнской. Лиловым цветом показана хитинсинтетаза I, CsI, которая выполняет репаративную функцию, если процесс лизиса заходит слишком далеко.

Цитокинез у Schizosaccharomyces pombe
Сdс ("cell division cycle«) proteins - фосфатазы

Механизм сборки сократительного кольца у делящихся дрожжей

Митозы и септирование после прорастания конидии у A.nidulans

Изображение схематичной модели сборки и динамики септальной пластинки у Aspergillus nidulans.
Сегменты гифы ориентированы параллельно друг другу так, что кончик находится справа:
а). В ответ на сигнал митотического веретена SepA локализуется в месте септы как кортикальное пятно (зеленое). Хотя это не показано, но возможно, маленькие частицы актина и/или септина AspB могут быть колокализованы с SepA.
b). Септальная полоска, которая состоит из ансамбля ко-локализованного актина (красное кольцо), AspB (желтое кольцо) и SepA (зеленое кольцо). Дочерние ядра завершают митоз.
с). AspB септиновое кольцо расщепляется на два кольца, которые располагаются сбоку от актинового и SepA колец. Было предположено, что расщепление AspB кольца может быть триггером сокращения актинового кольца.
d). Актин и SepA кольца сокращаются и откладывается материал септы (синий)
е). В процессе формирования септы, актин, SepA и базальное AspB кольца исчезают, в то время как апикальное AspB сохраняется.

Формирование септы на структурном уровне происходит следующим образом. Вслед за инвагинацией плазмалеммы с небольшим количеством материала стенки происходит инициация синтеза септы. Появляются микровезикулы предположительно с предшественниками КС (хитосомы). Микровезикулы (производные аппарата Гольджи) и промежуточные филаменты обнаруживаются поблизости от образующейся септы.
Скорость формирования септы:
от 2 мин.(Alternaria solani), 4 мин. (N. crassa), 10 мин. (Rhizoctonia) до 20 мин. (Rhizopus nigricans).

Формирование долипоровой септы и парентосомы (septal pore cap, SPC) вокруг поры.
Долипора формируется в процессе синтеза септы у базидиомицетов. После того, как септа приобретет свой окончательный размер, мембрана септы отходит от порового отверстия и вытягивается, формируя долипору. Утолщение затем расширяется. Мало, что известно о формировании SPCs. Основываясь на данных электронной микроскопии, была предложена следующая модель синтеза этих структур. В этой модели футляр из ЭР выстраивается параллельно септе и аггрегирует в несимметричную по размеру структуру. Эта структура затем развивается в два SPCs, которые остаются закрепленными в процессе их роста. После разделения они занимают положение у долипоровой септы. Положение SPCs вдоль септе предположительно закрепляется на финальных стадиях процесса формирования септы.

Ранние стадии развития долипоровой септы Pisolithus tinctorius (5 мин)

Формирование септального аппарата у
Auricularia auricula-judae
Септа формируется за 4 минуты.:
На ранних этапах появляются тонкие филаменты с внешней стороны септальной поры, которые связаны в районе отверстия поры с промежуточными структурами. Филаменты 7,6-9,4 нм в диаметре, обычно связывают ЦПМ окаймляя перегородку септы. ЭПР продолжается в шапочку поры. Наблюдается центральная пластина в септальной поре. Рибосомы отсутствуют между пластиной и шапочкой. В инициацию септы и ее развитие вовлечены микровезикулы, очевидно продукт аппарата Гольджи и третий тип филаментов 10,6-13,2 нм в диаметре. Септальная структура подтверждает отношение Auricularia к Tremella и функциональный анализ предполагает отсутствие транспорта крупных органелл между клетками, в отличие от гомобазидиомицетов