Universidad Nacional Autnoma de Mxico

Facultad de Ciencias

Biologa de Hongos 2014-1

Margarita Villegas y Rodolfo Salas

Tercer examen parcial

Martnez-Moreno, Zaida Escila; Ortega-Ramrez, Jos Santiago

Para entregar el jueves 6 de noviembre de 2013 a ms tardar a la hora de clase.

Responde de una manera breve y concisa los cuestionamientos que se plantean. En todos los

casos es indispensable incluir referencias. De preferencia, refirete a libros y artculos

recientes.

Considera la informacin que existe en la literatura sobre los organismos siguientes y el

sustrato en el que estn creciendo estos ejemplares para discutir los cuestionamientos que se

te hacen ms abajo.

Figura 1. Izquierda: Sordaria macrospora (creciendo en excremento) y derecha:

Schizosaccharomyces pombe (aislada de pulque).

1. Cmo es el crecimiento al nivel celular en cada una de estas especies?,

Compara el papel del citoesqueleto y el cuerpo organizador de vesculas

(Spitzenkrper).

La diferencia que existe entre el desarrollo de hifas en el caso de Sordaria macrospora,

o bien, de Schizosaccharomyces pombe est relacionado con la deposicin de quitina

durante el crecimiento (Martnez, et al, 2009). Si la deposicin de quitina se da de forma

homognea, la forma celular ser circular u ovalada (S. pombe); mientras que si la

deposicin de quitina se da en uno solo de los puntos, el crecimiento ser de forma hifal

(S. macrospora).

El Spitzenkrper o cuerpo apical es un conjunto de vesculas encontrado en el pice

hifal. Contiene dos tipos de vesculas, que incluyen quitosomas (deposicin de quitina) y

polisomas (Harris, 2006). Este cuerpo determina la direccin del crecimiento hifal que

depende de la posicin en la que se encuentre (S. macrospora), pues permite la

segregacin de enzimas como las muren-hidrolasas (Steinberg, 2007; Reynaga-Pea,

et al, 1997). En las hifas, est asociado el polarisoma al cuerpo apical; sin embargo, no

se encuentra reportada la presencia de Spitzenkrper en levaduras. Por lo tanto, es el

polarisoma quien determina la direccin de la divisin celular en levaduras (S. pombe),

pues hay polarizacin de la clula (y de quitina) durante un breve periodo de tiempo,

que determina el crecimiento de la clula y su elongacin, sin embargo, terminando la

mitosis, la clula deja de estar polarizada, y entonces desaparece el polarisoma (Jones

& Sudbery, 2010).

Se sabe que el desplazamiento del Spitzenkrper en las hifas se da a partir de los

microtbulos citoplasmticos y sus protenas motor asociadas (dinenas y cinesinas);

aunque los mecanismos especficos de la interaccin an son desconocidos. Los

microtbulos forman una red en el centro del Spitzenkrper, y han sido identificadas

protenas como la actina y la tubulina en ste. En los microtbulos se transportan las

vesculas hacia el pice hifal; adems, en los hongos levaduriformes (S. pombe), el

anillo de actina permite la divisin, mientras que en los hongos miceliares (S.

macrospora) permite la formacin de septos. El citoesqueleto en levaduras permite la

divisin durante la fisin binaria, pues forma el huso horario, y posteriormente separa los

ncleos, pasndolos a las nuevas clulas; asimismo permite la separacin normal de las

clulas hijas. Por otra parte, el citoesqueleto no es necesario en el crecimiento

polarizado de las hifas, pero su presencia permite alcanzar las tasas mximas de

crecimiento (Harris, 2006). La elongacin hifal est relacionada con la F-actina, pues en

el extremo positivo situado en el pice hifal, se colocan monmeros de G-actina que

permiten el crecimiento de sta (Lichius, et al, 2011).

2. Si se pusiera a crecer a la levadura en un medio con maltosa y a Sordaria en un

medio con lignina cmo sera la curva de crecimiento de la colonia en cada

caso? Explica claramente las diferencias de cada fase entre las dos especies.

A pesar de que en no existen referencias que indiquen que Sordaria macrospora posee

las rutas metablicas que le permitan digerir y descomponer la lignina en los diferentes

carbohidratos y grupos funcionales que contiene para poder utilizarla para su

metabolismo, se sabe que al ser un organismo fimcola (Bills, et al, 2013; figura 1),

produce gran cantidad de oxidasas multicobre (MCO, multicopper oxidases) que

permiten la degradacin de polmeros como la lignina (Pggeler, 2011). De esta forma,

este organismo podra alimentarse de la lignina.

Por otra parte, Schizosaccharomyces pombe degrada extracelularmente la maltosa

(Reinders & Ward, 2001), convirtindola en glucosa, que despus introduce para usarla

en su metabolismo (Mehta, et al, 1998).

Tomando en cuenta que ambos hongos podrn nutrirse correctamente de su medio

correspondiente, se puede decir que se podra observar una grfica como la mostrada

en la figura 2. La curva que se observara para S. pombe, tendra un menor tiempo de

sobrevivencia a comparacin de la encontrada para S. macrospora, pues su crecimiento

se realiza de forma ms rpida. Las curvas adems, se observaran notablemente

distintas, pues la fase de preparacin para la divisin (fase 1 verde) de la levadura es de

un periodo de tiempo muy corto, a diferencia de la fase de retraso o de adaptacin (fase

Figura 2. Grfica de tiempo (das) contra nmero de clulas viables entre dos cepas de

crecimiento levaduriforme (- - - -; rojo) y miceliar (------; verde) de Paracoccidioides

brasiliensis. Tomada de Arango, 1976.

1 rojo) del hongo miceliar, que presenta mayor duracin. La fase de crecimiento (fase 2)

en el caso de S. pombe es exponencial, con un crecimiento muy acelerado y con la

mxima produccin de biomasa a partir de la duplicacin constante de clulas; mientras

que en el caso de S. macrospora, la fase tambin es exponencial pero la tasa promedio

de crecimiento es mucho menor. En el caso del micelio, se presenta la fase 3 de

desaceleracin, en la que la tasa de crecimiento disminuye debido a la disminucin de

los nutrientes. Posteriormente, la levadura (fase 3) y el hongo miceliar (fase 4) entran en

una fase estacionaria en la que la biomasa es constante y hay gran produccin de

metabolitos secundarios; la divisin o el crecimiento respectivamente cesan. Finalmente,

ocurre la etapa 4 (S. pombe) y la etapa 5 (S. macrospora) que consiste en la fase

autoltica; pues los nutrientes se agotan y la cantidad excesiva de metabolitos

secundarios mata a las clulas. En ambos casos, esta etapa es una muerte sbita en la

que la poblacin disminuye hasta que desaparecen todas las clulas viables (Arango &

Restrepo, 1976).

1

2

3

4

5

1

2

3

4

3. Utiliza las definiciones de organismo modular vs. unitario y los trminos genet y

ramet para discutir:

a. Cmo puede definirse un individuo en cada una de las especies?

En el caso de la levadura Schizosaccharomyces pombe, que es un organismo

unitario, el individuo es definido como una clula. Sin embargo, en el caso de

Sordaria macrospora, por su carcter de organismo modular, debido a su

crecimiento miceliar, y a la posibilidad que tiene ste de formar heterocariontes, o

clones durante el proceso asexual, se puede definir de dos formas: como los

rametos, es decir, aquellos individuos que sean diferentes e incompatibles

vegetativamente y que por tanto estn limitados por incompatibilidad somtica; o

bien, como los genetos, es decir, los individuos que son similares o muy

parecidos genticamente; y por tanto, de esto depende el tamao del individuo

(Anderson & Kohn, 1998).

b. Cul es la problemtica para diferenciar al individuo en el caso de S.

macrospora?

Los diferentes mtodos de variacin gentica durante la fase somtica como la

recombinacin, la formacin de heterocariontes y la meiosis posterior a esto, la

fusin de ncleos en hifas heterocariticas, as como las mutaciones que pueden

ocurrir, que ocasionan variacin que no es producto nico de la reproduccin

sexual. Por esta causa, los organismos modulares son difciles de delimitar, pues

sobretodo en los hongos, puesto que normalmente el organismo en su sustrato

no se ve (Anderson & Kohn, 1998).

4. Explica puntualmente para cada caso:

a. Cules son los mecanismos para generar variacin gentica somtica en cada

una de las especies?

Schizosaccharomyces pombe, al poseer talo levaduriforme, tiene diferentes

mtodos que generan variacin gentica somtica, entre los que estn las

mutaciones, el uso de plsmidos. La presencia de heterocariontes en levaduras

es inestable, y no se forman naturalmente, por lo que no es un mecanismo de

variacin para S. pombe (Benitez, et al, 1984).

En el caso de S. macrospora, al ser un hongo filamentoso su micelio tiene el

potencial de generar ncleos genticamente diferentes a travs de mutaciones

(Roper, et al, 2011). Tambin se genera variabilidad genotpica a travs de la

formacin de heterocariontes por fusin de dos hifas con diferencias genticas,

que pueden terminar en haploidizacin con segregacin de los cromosomas, o

bien, con entrecruzamiento durante la meiosis. Adems, durante la fusin de

hifas, tambin puede ocurrir variacin gentica en el DNA mitocondrial,

generando an ms variacin (Anderson & Kohn, 1998).

Hay cambios como duplicaciones o prdidas del genoma que pueden ocurrir en

ambos casos como errores en la mitosis.

b. Cules son las consecuencias considerando la cantidad de variacin que se

genera?

La presencia de ciertos plsmidos pueden permitir a la levadura tener

caractersticas que posibiliten su sobrevivencia en el medio, o una ventaja ante

la competencia (plsmido killer en Kluyveromyces lactis, Schaffrath & Meacock,

1995). Por otra parte, las mutaciones pueden ocasionar la prdida de partes

importantes del genoma que pueden ser una adaptacin al entorno, o bien,

significar la muerte de la clula.

La habilidad del micelio de S. macrospora para generar variacin gentica ayuda

a mejorar la plasticidad del fenotipo y tambin puede contribuir con la virulencia

del hongo (Roper, et al, 2011). La variacin gentica provocada por la

heterocariosis, as como la recombinacin, permite un ndice de evolucin ms

rpido, que la acumulacin de mutaciones. Sin embargo, en aquellos casos en

los que se da incompatibilidad vegetativa, ocasiona la muerte de las hifas que

realizaron anastomosis (Glass & Kaneko, 2003) y en algunos casos, esto

provoca el aislamiento de algunos individuos (Anderson & Kohn, 1998). Para los

hongos homotlicos, la heterocariosis puede ser esencial para la generacin de

variacin gentica (Caten & Jinks, 1966).

5. Considerando el ciclo sexual de cada especie:

a. Cmo se determina el tipo de compatibilidad sexual en cada una?

En S. macrospora, que es homotlico, su compatibilidad se determina por un

locus (bipolar) con los ideomorfos MAT tipo a y alpha (Pggeler, 1999). Y en S.

pombe, que puede ser homotlico y heterotlico, se tiene de igual manera una

compatibilidad bipolar, se termina por el segmento alternativo de DNA que se

encuentre en el locus MAT 1 ( MAT1-P o MAT1-M) (Nielsen & Davey, 1995).

b. Compara los mecanismos de atraccin de los sexos opuestos entre las

especies.

En S. macrospora se tienen genes para dos precursores de feromonas PPG1

(factor feromona peptdica) y PPG2 (factor a feromona lipopeptdica), y dos

receptores de feromonas PRE1 y PRE2. La combinacin feromona/receptor son

las siguientes PPG1/PRE2 y PPG2/PRE1. Cabe mencionar que los MAT no se

requieren y/o afectan al crecimiento vegetativo, y a la falta de los genes de un

MAT (por inhibicin) se compensa por medio de los genes del otro y la

reproduccin sexual se lleva a cabo (Maryhofer, et al, 2006). Mientras que en S.

pombe cada uno de los ideomorfos se encuentran en clulas diferentes,

denominadas clulas P y M (en total se codifica para cuatro genes MAT1-Pc,

MAT1-Pm, MAT1-Mc y MAT1-Mm). En cada ideomorfo se forman genes para la

comunicacin de feromonas (MAT1-Pc y MAT1-Mc), en cada clula se forma su

propio factor (P y M respectivamente) y tienen el receptor para el factor contrario

(Clula P tiene receptores para factor M dados por el gen map3; clula M tiene

receptores para factor P dados por el gen mam2). Se debe resaltar que se

requieren de los cuatro genes para que se pueda realizar la meiosis (Nielsen &

Davey, 1995).

c. Cul es la diferencia principal entre estos dos ascomicetos y el basidiomiceto

Schizophyllum commune en la determinacin de los tipos de compatibilidad

sexual?

La principal diferencia yace en que ambos ascomicetos tienen un solo locus, con

sus respectivos ideomorfos, lo cual le da una compatibilidad bipolar. Mientras

que el basidiomiceto Schizophyllum commune se tiene un compatibilidad

tetrapolar, en la que se tiene dos complejos A y B. En cada complejo se tienen 2

loci A y A - B y B; cada complejo tiene una funcin en la reproduccin,

como la divisin conjugada de los ncleos, la formacin de las clulas de gancho

y la migracin del ncleo y la fusin de las clulas de gancho, respectivamente

(Wendland, et al, 1995).

6. Qu mecanismos estn implicados en la dispersin de las esporas de cada

especie?

En S. pombe, se tiene la formacin de un asca prototunicada, la cual contiene cuatro

esporas (Tanaka & Hirata.1982). El mecanismo para su dispersin es el rompimiento de

la pared del asca, y de esta forma liberar en el medio a las ascosporas, por lo que es

una dispersin pasiva. Y S. macrospora se desarrollan peritecios, en los cuales hay

ascas unitunicadas, que contienen 8 ascosporas cada una (Thompson & Zickler. 1993),

al madurar las esporas son liberadas a travs del ostiolo y dispersadas por el viento.

a. Hay diferencias morfolgicas o estructurales que les permitan tener mayor o

menor xito en este proceso?

Si existen tales diferencias, en S. pombe, que presenta talo levaduriforme, forma

ascas prototunicadas y S. macrospora, que presenta talo miceliar, genera

peritecios. Estas diferencias no llevan a tener un mayor o menor xito en la

dispersin si son comparados entre s, ya que cada organismo tiene estrategias

diferentes y que estn adaptados acorde con su ecologa. En el hipottico caso

de que ambos organismos compartieran la misma ecologa, S. macrospora

tendra mayor xito, esto debido a la forma en que se liberan las ascosporas del

peritecio a travs del ostiolo y son dispersadas por medio del viento, para de

esta forma llegar a otros sustratos y alcanzar as un rea de dispersin mayor

(Kck, et al, 2009). Mientras que S. pombe tiene una distribucin corta al tener

una distribucin pasiva.

Para la siguiente pregunta no debes considerar a los organismos de arriba:

7. Cul es el papel del crecimiento intercalar en el desarrollo de los basidiomas en

Agaricomycotina?

Su papel radica en el crecimiento del estpite. Este proceso es resultado de la

elongacin de los compartimientos hifales intercalares, por el aumento en cuanto a

plasticidad de las paredes celulares y la incorporacin de pared celular antes del pice.

Durante el crecimiento del estpite se depositan, de forma uniforme sobre la superficie

de los compartimentos, nuevas microfibrillas de quitina y hay un aumento en la actividad

de la quitina sintasa, el cual es suficiente para tener en cuenta el desarrollo de nuevo

material de pared celular (Voisey, 2010).

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