uge1和rok1基因缺失导致裂殖酵母细胞动力学的变化

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细胞动力学的动态稳定性使细胞的主要组成成分和功能组件始终处于一个动态稳定过程,维持细胞正常生长和分裂等活动。uge1基因编码的是UDP-葡萄糖4-表异构酶1,对细胞生长和有性繁殖过程中正常细胞形态的维持有着重要作用。rok1基因预测编码的是ATP依赖性RNA解旋酶,在维持细胞正常生长及减数分裂染色体正常分离过程中起着重要作用。目前,uge1和rok1基因缺失对有丝分裂期间染色体、纺锤体及肌动蛋白动力学影响的研究尚未见报道。本课题以裂殖酵母为研究对象,筛选出生长缓慢的uge1Δ菌株和rok1Δ菌株。通过构建带有荧光蛋白标记的uge1Δ菌株和rok1Δ菌株,首次采用激光共聚焦活细胞成像的方式分析uge1和rok1基因缺失对有丝分裂染色体、纺锤体、肌动蛋白动力学的影响,结果如下:(1)生长情况结果显示,uge1Δ菌株在2-4 h与野生型菌株相比显著缓慢生长,6 h后,uge1Δ菌株与野生型菌株相比极显著缓慢生长。rok1Δ菌株在6 h后与野生型菌株相比极显著缓慢生长。以上结果提示uge1基因缺失对裂殖酵母菌株生长影响更大。(2)接合生殖结果显示,uge1Δ细胞产4个孢子的数量与野生型细胞相比极显著减少。rok1Δ细胞产4个孢子的数量与野生型细胞相比极显著减少,rok1Δ细胞产3个孢子的数量与野生型细胞相比极显著增加。结果显示rok1基因缺失对产孢的影响更大。(3)间期微管结果显示,uge1和rok1基因缺失导致5根微管数量极显著增加,其中uge1Δ细胞5根微管的数量比例为35.00±5.00%,而rok1Δ细胞5根微管的数量比例为40.00±5.00%,说明rok1基因缺失对间期微管数量的影响更大。(4)有丝分裂分裂期的染色体、纺锤体动力学结果表明,uge1Δ细胞染色体分离异常,uge1Δ细胞出现单极纺锤体,uge1Δ细胞纺锤体从形成到断裂的时间极显著增加。rok1Δ细胞染色体分离异常,rok1Δ细胞出现单极纺锤体。rok1Δ细胞纺锤体从形成到断裂的时间极显著增加,rok1Δ细胞纺锤体长度极显著增加,说明rok1基因缺失对纺锤体长度影响更明显。纺锤体伸长动力学显示,uge1基因缺失导致纺锤体前期伸长速率显著增加、前期时间极显著增加、后期伸长速率极显著降低、后期伸长时间极显著增加。rok1基因缺失可以导致纺锤体前期伸长时间极显著增加、中期伸长时间极显著增加、后期伸长速率极显著降低及后期时间极显著增加。说明uge1基因的缺失对伸长速率影响较明显,rok1基因缺失对纺锤体伸长时间影响明显。(5)细胞形态显示,uge1Δ细胞长度极显著增加、宽度无显著差异、长宽比极显著增加。rok1Δ细胞长度极显著增加、宽度不同程度的影响、长宽比也出现相应的变化,表明rok1基因缺失会造成细胞形态发生更大的变化。(6)纺锤体形成类型显示,uge1Δ细胞“棒状”纺锤体极显著降低,“点状”纺锤体极显著增加。rok1Δ细胞“棒状”和单极纺锤体极显著降低,“点状”纺锤体极显著增加。表明rok1对纺锤体的形成更加关键。(7)肌动蛋白动力学结果表明,uge1Δ细胞肌动蛋白长度、从聚合到解聚的时间、停留时间和收缩时间极显著增加,uge1Δ细胞肌动蛋白从聚合到解聚的速率极显著降低。rok1Δ细胞肌动蛋白长度极显著减少,rok1Δ细胞肌动蛋白从聚合到解聚的时间显著增加,rok1Δ细胞肌动蛋白的停留时间极显著增加,rok1Δ细胞肌动蛋白从聚合到解聚的速率极显著降低。综合来看,uge1和rok1基因缺失都会影响肌动蛋白的动力学,uge1基因缺失会导致5组肌动蛋白动力学数据发生变化,rok1基因缺失会导致4组肌动蛋白动力学数据发生变化,说明uge1基因缺失对裂殖酵母肌动蛋白动力学的影响更大。细胞动力学严重失衡将会导致细胞生长和分裂异常,进而引起相关疾病。本课题研究发现uge1和rok1基因缺失会导致裂殖酵母细胞生长缓慢,而且首次发现uge1和rok1基因缺失会影响裂殖酵母有丝分裂染色体、纺锤体及肌动蛋白动力学。以上研究为探究相关动力学机制及有关疾病提供一定科学依据。
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