Houby - isb

Zvyšování
konkurenceschopnosti
studentů oboru botanika
a učitelství biologie
CZ.1.07/2.2.00/15.0316
CHARAKTERISTIKA HUB
CO JSOU TO HOUBY A HOUBOVÉ ORGANISMY?
Výživa: heterotrofní (chybí fotosyntéza), absorptivní způsob přijímaní
potravy (zřídka ingescí), výjimečně fagocytóza.
Stélka: Plasmodiální, amoeboidní nebo pseudoplasmodiální ;
jednobuněčná nebo vláknitá (myceliální, s přepážkami nebo bez
přepážek), vyskytují se pohyblivá (zoospory) i nepohyblivá stadia
Buněčná stěna: Dobře definovaná, typicky chitinózní (celulóza převažuje
u Oomycota), periplast (Myxomycota).
Ploidie: Eukaryotické organismy, jednojaderné i mnohojaderné,
mycelium může být homothalické i heterothalické, haploidní,
dikaryotické nebo diploidní (omezeného trvání)
Životní cyklus: Jednoduchý až komplexní
Sexualita: Nepohlavní fáze nebo pohlavní fáze; homothalické nebo
heterothalické.
Plodnice: Mikroskopické nebo makroskopické, nebo mohou chybět,
vykazují malou diferenciaci.
Prostředí: Vyskytují se všude jako saprofyté, symbionti, parazité nebo
hyperparazité
Rozšíření: Kosmopolitní
SYSTÉM HUB
Corliss, 1994; Cavalier-Smith 1995
ŘÍŠE: PROTOZOA
Amoeboidní nebo plasmodiální organismy bez buněčné stěny (nahé)
v trofické fázi, schopné fagocytózy, bičíky bez mastigonemat.
Oddělení: MYXOMYCOTA
Vytváří pohyblivá stádia - myxomonády, myxaméby nebo plasmodia –
nemají buněčnou stěnu, pouze periplast bílkovinného původu,
Plodnice (sorokarpy, sporokarpy), které obsahují výtrusy; výživa
holozoická – pohlcování bakterií.
Oddělení:
PLASMODIOPHOROMYCOTA
Obligátní parazité řas, oomycetů a
cévnatých rostlin; vytváří
paraplasmodium uvnitř hostitele,
výživa osmotrofní, myxaméby chybí
Nedochází k tvorbě sporokarpů.
Fuligo septica Slizovka tříslová
ŘÍŠE: CHROMISTA (STRAMENOPILA)
Jednobuněčné nebo vláknité organismy, buněčná stěna tvořena
převážně celulózou, další biochemické znaky je přibližují
rostlinám; bičíky (pokud jsou přítomny) mají alespoň jeden bičík
s tuhými mastigonematy; výživa absorpcí
Oddělení: LABYRINTHULOMYCOTA
Oddělení : OOMYCOTA
Jednobuněčné nebo mnohobuněčné
organismy; hyfy nepřehrádkované;
coenocytická stélka; nepohlavní
rozmnožování: 2 bičíkaté zoospory;
pohlavní rozmnožování: fúzí antheridia
a oogonia vedoucí ke vzniku
tlustostěnné oospory.
Oddělení:
HYPHOCHYTRIOMYCOTA
Pseudoperonospora
cubensis plíseň
okurková
ŘÍŠE: FUNGI
Jednobuněčné nebo vláknité organismy s buněčnou stěnou
obsahující chitin, bičíky (pouze u Chytridiomycota) nemají
mastigonemata; výživa je pouze absorptivní
Oddělení: CHYTRIDIOMYCOTA
Jednobuněčné stélky, nebo řetízek buněk, pohlavní rozmnožování
fúzí pohyblivých gamet, ale i somatogamií; nepohlavní rozmnožování:
sporangia s jednobičíkatými zoosporami.
Synchytrium endobioticum
Rakovinovec bramborový
Oddělení: EUMYCOTA
Hyfy nebo kvasinkové formy; absence pohyblivých spor
Pododdělení: Zygomycotina
Nepřehrádkované hyfy, pohlavní rozmnožování fúzí pohlavních
orgánů (gametangií) vedoucí ke vzniku tlustostěnné odpočívající
zygospory; nepohlavní rozmnožování: sporangia s nepohyblivými
sporami.
Rhizopus nigricans
Kropidlovec černavý
Pododdělení: Ascomycotina
Hyfy s přehrádkami (septy) nebo kvasinkové formy; pohlavní
rozmnožování: fúzí samčího anteridia nebo spermacie (pohyblivá
buňka) a samičího askogonu s trichogynem vedoucí ke vzniku
vřecek s askosporami; nepohlavní rozmnožování: konidie na
konidioforech.
Morchella esculenta
Smrž obecný
Boletus edulis
Hřib smrkový
Pododdělení: Basidiomycotina
Hyfy s doliporovým septem nebo kvasinkové formy; nepohlavní
spory se vyskytují řídce; pohlavní rozmnožování: fúzí
kompatibilních hyf, vedoucí k produkci basidiospor na
basidích, často na makroskopických plodnicích.
Pododdělení: Deuteromycotina
Hyfy s přepážkami nebo kvasinkové formy; pohlavní
rozmnožování není známo nebo chybí; nepohlavní
rozmnožování: konidie tvořené různými způsoby.
Septoria apii
Septorióza celeru
EKOLOGICKÉ SKUPINY HUB
Houby mohou být rozděleny na základě jejich nutričních požadavků
na dvě hlavní ekologické skupiny:
SAPROTROFOVÉ – získávají živiny z mrtvého materiálu
SYMBIONTI - získávají živiny z živých organismů a mohou být
zařazeni do 2 kategorií:
MUTUALISTIČTÍ SYMBIONTI - existuje zde určitý prospěch
i pro houbu i pro další organismus (lichenismus, mykorrhiza).
PARAZITIČTÍ SYMBIONTI – není zde žádný prospěch pro jiný
organismus
MODEL VZTAHŮ MEZI RŮZNÝMI ZPŮSOBY VÝŽIVY U
HOUBOVÝCH ORGANISMŮ
BIOTROFOVÉ –
houby musí získávat
živiny z živého
materiálu (rostlin,
živočichů, hub)
NEKROTROFOVÉ houby se vyskytují na
živém materiálu, ale
zabíjejí živé buňky
aby mohli získat
živiny (toxiny)
SAPROTROFOVÉ houby živící se na
odumřelém materiálu
1. OBLIGÁTNÍ BIOTROFOVÉ







Invaginace plasmalemy a následná perforace.
Intracelulární penetrace pomocí haustorií
Jádro napadené buňky je živé
Často reagují na napadení hypersenzitivní reakcí
Ektoparazité (Erysiphales), endoparazité (Peronosporales)
Častá je vysoká hostitelská specializace
Velmi komplikovaná nebo úplně vyloučená možnost kultivace v
axenické kultuře
Příklady:
Plasmodiophora brassicae (Nádorovka
kapustová, Plasmodiophoromycota),
Synchytrium endobioticum (Rakovinovec
bramborový, Chytridiomycota),
Peronosporales (nepravá padlí, Oomycota),
Erysiphales (Padlí, Ascomycotina),
Taphrinales (palcatky, Ascomycotina),
Pucciniales (rzi, Basidiomycotina),
Ustilaginales, Tilletiales (sněti,
Blumeria graminis, padlí
Basidiomycotina)
travní
2. HEMIBIOTROFOVÉ
 Forma výživy mezi biotrofií a nekrotrofií
 Velmi omezená možnost saprotrofní výživy
 Možná kultivace v axenické kultuře
Příklady:
Venturia inaequalis (strupovitost jabloní, Ascomycotina)
Phytophthora infestans (plíseň bramborová, Oomycota)
Phytophthora infestans
Venturia inaequalis
3. FAKULTATIVNĚ SAPROTROFNÍ HEMIBIOTROFOVÉ
 Zpočátku biotrofní, pak přecházející na nekrotrofní způsob výživy
a nakonec se může vyskytovat i saprotrofní fáze
 Je možné je kultivovat v axenické kultuře
 Vysoce specifičtí parazité
 Často se týká výskytu 2 různých forem patogena: monokaryotické
mycelium (biotrofní fáze) a dikaryotické mycelium (saprotrofní fáze)
Crinipellis perniciosa
(Basidiomycotina, obligátní
parazit kakaa)
4. OBLIGÁTNÍ NEKROTROFOVÉ
 Nekrotrofní způsob výživy, rychlá destrukce hostitelských pletiv,
nemožnost přežívat jako saprotrofové
 Mohou přežívat v mrtvých pletivech hostitele ve formě sklerocií,
rhizomorf
 Široké spektrum hostitelů, způsobují choroby plodů, listů, stonků,
kořenů
 Nejsou problémy s kultivací v axenické
kultuře
Sclerotinia sp.
Hlízenka
Armillaria mellea,
Václavka obecná
5. FAKULTATIVNĚ SAPROTROFNÍ NEKROTROFOVÉ
6. FAKULTATIVNĚ NEKROTROFNÍ SAPROTROFOVÉ
 Jsou schopní saprotrofní i nekrotrofní výživy
 Saprotrofové při kontaktu s živým hostitelským pletivem se
mění na nekrotrofy
 Nekrotrofové po vyčerpání živin jsou schopni dlouho přežívat
v saprotrofní fázi
 Mají široké spektrum hostitelů
 Není problém s jejich kultivací v axenické kultuře
Příklady: Aspergillus, Penicillium
(Ascomycotina)
Rhizopus (Zygomycotina)
Rhizoctonia, Botrytis
(Deuteromycotina)
Penicillium, Aspergillus
7. OBLIGÁTNÍ SAPROTROFOVÉ
 Žádná schopnost nekrotrofního nebo biotrofního způsobu
výživy
 Mohou získávat živiny rozkladem jednoduchých cukrů, ale
i složitějších látek (celulóza, chitin, keratin)
Onygena equina – kaziroh
koňský
Panaeolus (kropenatec) na
výkalu hovězího dobytka
8. FAKULTATIVNĚ BIOTROFNÍ SAPROTROFOVÉ
9. FAKULTATIVNĚ SAPROTROFNÍ BIOTROFOVÉ
 V části svého života jsou schopni biotrofního způsobu výživy a v
části saprotrofního způsobu výživy
 Často se týká výskytu 2 různých forem patogena: monokaryotické
mycelium (saprotrofní fáze) a dikaryotické mycelium (biotrofní fáze)
 Vysoce specifičtí parazité
Příklady:
Hemiascomycetes
Taphrinales (palcatky,
Ascomycotina),
Taphrina deformans
Kadeřavost listů
broskvoně
HOUBY POTŘEBUJÍ PRO SVŮJ RŮST:
1. Vhodné organické substance jako je zdroj uhlíku
2. Zdroj dusíku (organický, anorganický)
3. Určité anorganické ionty
4. Určité růstové faktory organického původu ve velmi malých
koncentracích
 5. Vodu




1. ZDROJE UHLÍKU
Rozmanitost zdrojů uhlíku pro vláknité houby a kvasinky
ZDROJ UHLÍKU
POZNÁMKA
HEXOZOVÉ
CUKRY
Glukóza, fruktóza a mannóza jsou metabolizovány většinou
kvasinek a vláknitých hub
PENTÓZOVÉ
CUKRY
Některé houby jsou schopny prodýchávat pentózové cukry
(arabinóza, xylóza, rhamnóza, xylulóza) lépe než glukózu
DISACHARIDY
Větší počet kvasinek využívá disacharidy (maltóza, laktóza
trehalóza...). Obecně lze říct, že pokud kvasinky zkvašují
maltózu, tak nezkvašují laktózu a obráceně.
TRISACHARIDY
Rafinóza je pouze částečně využívána některými kmeny
Saccharomyces cerevisiae, ale úplně je využívána jinými
druhy rodu Saccharomyces spp.
OLIGOSACHARID Metabolizovány amylolytickými kvasinkami, ne
Y (NAPŘ.
pivovarskými kvasnicemi.
MALTODEXTRINY)
POLYSACHARIDY
Zahrnuje škrob, inulin, celulózu, hemicelulózu (xylany,
galaktany, mannany), chitin, pektinové látky (řetězce
polygalakturonové kyseliny – tvoří střední lamelu). Mnoho
vláknitých hub může využívat tyto komponenty v závislosti
na extracelulární enzymové aktivitě. Kvasinky, které
fermentují polysacharidy jsou vzácné.
ZDROJ UHLÍKU
POZNÁMKA
NIŽŠÍ ALIFATICKÉ ALKOHOLY
(METHANOL, ETHANOL)
Jsou prodýchávány mnoha houbami.
CUKERNATÉ ALKOHOLY (NAPŘ.
GLYCEROL)
Mohou být prodýchávány mnoha kvasinkami
a houbami.
ORGANICKÉ KYSELINY (OCTOVÁ,
CITRONOVÁ, MLÉČNÁ)
Mnoho kvasinek je může prodýchávat, ale jen
pár je jich schopno zkvašovat.
MASTNÉ KYSELINY (OLEOVÁ,
PALMITOVÁ)
Některé druhy kvasinek mohou používat
mastné kyseliny jako zdroj uhlíku a energie,
jako např. druh Aureobasidium pullulans
AMINOKYSELINY
Slouží jako zdroj uhlíku a dusíku, příliš dusíku
není vhodné pro mnoho organismů.
VÍCEUHLÍKATÉ UHLOVODÍKY (C9)
Některé kvasinky (Candida) a vláknité h. jsou
schopné růst na ropných produktech
AROMATICKÉ SLOUČENINY
Zahrnuje to fenol, krezol, benzoáty etc. Málo
druhů kvasinek je může využívat.
LIGNIN – AROMATICKÝ POLYMER
(obsahuje fenylpropany a alkoholy
kumarylalkohol, koniferylalkohol,
sinapylalkohol)
Může být rozkládán pouze tzv. houbami
způsobujícími „ bílou hnilobu“. Určitá část
energie je získávána okamžitě, ale hlavně
činí dostupnými celulózu a hemicelulózu.
KERATIN – bílkovina tvořená
aminokyselinami
Některé houby – ho rozkládají např.
Onygenales,
ZDROJE UHLÍKU PRO VLÁKNITÉ HOUBY A KVASINKY
2. ZDROJE DUSÍKU
 Houby nemohou fixovat vzdušný dusík a potřebují přijímat
sloučeniny obsahující dusík, buď v anorganické formě (amoniové
soli) nebo v organické formě (aminokyseliny).
ANORGANICKÉ ZDROJE DUSÍKU
 Síran amonný je běžně využíván jako zdroj dusíku.
 Dále je využíván amoniak, který se uvolňuje při rozkladu rostlinných
nebo živočišných zbytků (nedokáží to např. Saprolegniales, tyto
organismy potřebují substrát bohatý na proteiny, třeba i mrtvý hmyz)
 Mnoho hub také může růst na nitrátech (dusičnany)
ORGANICKÉ ZDROJE DUSÍKU
 Mnoho hub může asimilovat aminokyseliny (např. glutamová
kyselina, asparagin), aminy (obsahující funkční skupinu -NH2) nebo
amidy (obsahující funkční skupinu -CONH2) jako zdroje dusíku.
 Využívání močoviny (degradace na CO2 a amoniak pomocí ureázy)
je běžné u hub a některých kvasinek ze skupiny Basidiomycotina,
které jsou proto nazývány ureázo-pozitivní na rozdíl od ureázonegativních kvasinek.
 Organické sloučeniny jako např. peptony mohou sloužit jako zdroj
obojího – dusíku i organického uhlíku pro potřeby výživy houby
3. ANORGANICKÉ SLOUČENINY
 Draslík, fosfor (jako fosfáty), hořčík a síra (jako sulfáty) jsou
potřebné v určitém množství. Zdroji jsou zejména jejich soli jako např.
MgSO4, K3PO4, vzácněji (jen některé) houby využívají Ca, Na (mořské
ve formě NaCl)
 Ostatní anorganické sloučeniny jako železo, zinek, měď, mangan a
molybden jsou potřeba v zlomkových množstvích. Jsou nutné jako
složka esenciálních enzymů.
4. ORGANICKÉ RŮSTOVÉ FAKTORY
 Zahrnují hlavně vitamíny. Některé houby jsou kompletně soběstačné
a nepotřebují žádné vitamíny. Jiné druhy potřebují vnější zdroje
jednoho nebo více vitamínů.
 Mnoha houbám je třeba dodávat hlavně thiamin (vitamín B1 –závisí na
něm metabolismus dusíku), biotin (B7), riboflavin (B2), pyridoxin (B6),
nikotinovou kyselinu (B3) a jiné.
 Některé houby mají specifické nároky – např. Oomycota potřebují k
růstu steroly.
DOSTUPNOST KYSLÍKU
Na základě potřeb kyslíku pro růst se houby mohou rozdělovat
na 4 kategorie
OBLIGÁTNÍ AEROBOVÉ – rostou pouze v aerobních
podmínkách
FAKULTATIVNÍ AEROBOVÉ - rostou v aerobních podmínkách,
ale dovedou růst také v podmínkách absence kyslíku, kdy jsou
schopni fermentace cukrů (Fusarium oxysporum, Mucor
hiemalis, Aspergillus fumigatus, některé kvasinky)
Mucor hiemalis – houba, která může
způsobovat povrchové mykózy u lidí
(vstupuje poraněními)
OBLIGÁTNĚ FERMENTATIVNÍ DRUHY - chybí jim
mitochondrie, a tak i když mohou růst v prostředí s kyslíkem
nebo bez kyslíku, tak vždy získávají energii fermentací (někteří
zástupci vodních Oomycota nebo Chytridiomycota)
OBLIGÁTNÍ ANAEROBOVÉ – jejich somatické buňky odumírají
v prostředí, kde je kyslík (někteří zástupci Chytridiomycota,
kteří rostou v trávicím traktu přežvýkavců)
Neocallimastix sp. rostoucí v trávicím
traktu přežvýkavců
METABOLISMUS HUB
 Houby jsou heterotrofové, potřebují získávat energii rozkladem
organických látek
 Hlavně pomocí RESPIRACE a FERMENTACE
 V první částí monosacharidy jsou přeměněny pomocí
GLYKOLÝZY (v cytosolu, jedná se o anaerobní proces) většinou na
KYS. PYROHROZNOVOU
TVORBA ACETYLKOENZYMU A
KREBSŮV CYKLUS
ELEKTRONOVÝ TRANSPORTNÍ
ŘETĚZEC OXIDATIVNÍ
FOSFORYLACE
Kyslík je terminální akceptor
vodíkových iontů
PRODUKCE ALKOHOLU
NEBO KYSELINY MLÉČNÉ
Organické molekuly jsou
terminální akceptor
vodíkových iontů
STRUKTURA A ORGANIZACE HOUBOVÉHO GENOMU
Houbový genom má 4 komponenty - jaderná DNA, mitochondriální DNA,
plasmidy a geny houbových virů
JADERNÁ DNA
Tvoří chromozómy – v různém počtu a různé ploidii (počet jednotlivých
sádek chromozómů).
Eukaryotické rostliny a živočichové jsou somatičtí diploidi.
Vegetativní hyfy většiny hub jsou haploidní (všichni zástupci
Zygomycotina, Ascomycotina a
většina Deuteromycotina
mají
prodlouženou a dominantní vegetativní haplofázi).
U Oomycota diploidie a polyploidie jsou běžné.
Některé kvasinky jsou převážně diploidní.
Několik hub může alternovat mezi haploidní a diploidní somatickou fází
(Chytridiomycota, tzv. RODOZMĚNA)
Část životního cyklu některých hub (Ascomycotina, Basidiomycotina) je
dikaryotická – 2 kompatibilní jádra tvoří pár - dikaryon. To znamená, že
karyogamie nenásleduje okamžitě po plasmogamii. Způsob života hub v
jejich monokaryotické a dikaryotické fázi se může lišit (př. Taphrina)
RODOZMĚNA u rodu Allomyces
Životní cyklus
Podosphaera
leucotricha
Ascomycotina
VÝZNAM DIKARYOTICKÉ
FÁZE:
Dikaryon má selektivní
výhodu před diploidy ve
smyslu vzniku
dikaryotické mozaiky.
Tento jev zahrnuje
přímou výměnu jednoho
jádra dikaryonu s jádrem
jiného dikaryonu pomocí
fůze – dochází tak
vytvoření nového
dikaryonu jiného
genotypu – tento způsob
představuje velký zdroj
variability.
Velikost jaderného genomu hub je velmi malá ve srovnání s
ostatními eukaryoty (x 10 4 kbp – páru kilobází).
Haploidní chromozomální počet u hub a houbových organismů
Skupina/ druh
Počet chromozómů
HLENKY
Dictyostelium discoideum
7
Physarum polycephalum
40
VČECKOVÝTRUSNÉ HOUBY
Neurospora crassa
7
Aspergillus nidulans
8
Saccharomyces cerevisiae
16
STOPKOVÝTRUSNÉ HOUBY
Schizophyllum commune
6
Ustilago maydis
20
MITOCHONDRIÁLNÍ DNA (mt DNA)
 Mitochondrie obsahují malou kruhovou molekulu DNA. Velikost
mitochondriálního genomu je asi 19-121 kbp.
 Veškerá mitochondriální DNA kóduje podobné komponenty:
komponenty elektronového transportního řetězce (podjednotky
ATPazy), strukturální RNA a mitochondriální transferovou RNA.
U některých hub
(Neurospora) má velký
význam – již
jednoduchá mutace
může vést ke zestárnutí
celé kolonie a uhynutí.
Mitochondriální DNA v buňkách
kvasinky Saccharomyces cerevisiae
(barveno pomocí Green Fluorescent
Protein (GFP)
PLASMIDY A TRANSPORTOVATELNÉ JEDNOTKY
 Plasmidy jsou do kruhu stočené molekuly DNA se schopností se
autonomně replikovat v buňce.
 Plasmidy nebo plasmidům podobné části DNA jsou nacházeny u
několika druhů hub. Není známá jejich pravá funkce, ale mají velké
využití při sestavování vektorů pro klonování genů u kvasinek
(Saccharomyces cerevisiae).
 Mnoho dalších plasmidů hub se nachází v mitochondriích (kruhové
molekuly DNA s malou nebo žádnou homologií k genomu mitochondrií).
Jejich funkce není známá.
VIRY A VIROVÉ GENY
 Houbové viry (a částice podobné virům) byly objeveny u několika
druhů hub, zahrnující zástupce všech hlavních skupin hub
 Viry se skládají z dvouvláknové RNA a kapsidy obsahující jeden
hlavní polypeptid.
 Přítomnost virů nebyla doposud spojována s nějakými zvláštními
potížemi, takže jde říct, že většina houbových virů je bezpříznaková.
Příklady houbových virů
Nejlépe prozkoumané jsou u komerčně pěstovaných druhů
hub
HLÍVA ÚSTŘIČNÁ
•
•
Zdravá
oyster mushroom virus I
oyster mushroom virus II
Virózní
Virózní
ZDROJE GENETICKÉ VARIABILITY U HUB
NEPOHLAVNÍ VARIABILITA: MUTACE
 Hlavní zdroj variability je mutace, což je spontánní dědičná změna
genetické informace organismu (adice, delece, substituce, inverze..)
 Mutagenními činidly (UV a rentgenovým zářením, chemickými
látkami) lze mutace záměrně přivodit tak, že se činidlo nechá působit
na spory nebo protoplasty houby.
 Všechny průmyslově pěstované houby byly šlechtěny pomocí
mutací (podařilo se získat mutantní kmen hlívy ústřičné, který
neprodukuje spory, a tak se omezily alergie pracovníků pěstíren).
Hlíva ústřičná
Pleurotus ostreatus
NEPOHLAVNÍ VARIABILITA: MUTACE
 Jakákoliv mutace může vést ke zvýšení fitnes nebo snížení fitnes.
 Mutace, které vzniknou v haploidním organismu se snadno
dostávají do genotypu a hned se projeví. Přirozená selekce je tvrdší a
okamžitě se projeví, narozdíl od diploidních organismů. Haploidní
organismus nemůže akumulovat mutace, které nemají okamžitý
význam: nemohou tak uchovávat variabilitu.
 Diploidní organismus: mutace jsou často recesivní u planých typů a
tak nemusí být okamžitě projeveny, místo toho se akumulují a mohou
být rekombinovány různými způsoby během sexuálního
rozmnožování.
 Selekce (pozitivní, negativní) se uplatňuje ve stabilizaci mutací.
NEPOHLAVNÍ VARIABILITA: PARASEXUALITA
PARASEXUALITA: alternace pohlavní rekombinace bez výsady
sexuálního rozmnožování. Je typická u některých zástupců
Deuteromycotina
Parasexuální cyklus má 4 fáze:
1/ Fůze (vytváření anastomóz) u sousedních somatických hyf,
výměna jader a USTANOVENÍ HETEROKARYONU.
2/ Fůze rozdílných jader ve vegetativní hyfě a vytvoření
SOMATICKÉHO DIPLOIDA.
3/ Somatická rekombinace (mitotický crossing-over). Výsledek je vznik
chromozómů, které jsou hybridy rodičovských chromozómů.
4/ Ne-meiotická redukce takového jádra za pomocí ANEUPLOIDIE
(ztráta individuálních chromozómů) vedoucí ke vzniku haploidního
stavu.
CELÝ PROCES JE VELICE VZÁCNÝ A JE SPÍŠE VÝSLEDEK
NAHODILÝCH ZMĚN
Tato sekvence událostí je velice vzácná a proběhne v méně než 1
konidii / na milion, ale počet konidií, které jsou produkovány novou
anamorfou je astronomický, a tak parasexualita má velký význam pro
tvorbu genetické variability.
Jevy parasexuality a
heterokaryózy jsou
velmi časté u vláknitých
mikroskopických hub
(Penicillium,
Aspergillus) a byly
pozorovány i u
homothalických
Hymenomycetidae, jsou
velmi důležité pro
šlechtění na produkci
účinných látek, jako
např. antibiotik.
Fáze parasexuálního cyklu:
(1) Konjugace hyf (plasmogamie).
(2) Heterokaryóza.
(3) Fůze jader (karyogamie).
(4) Mitotická rekombinace (mitotický crosssing-over).
(5) Haploidizace a jaderná segregace vedoucí ke vzniku
homokaryonu.
VÝZNAM PARASEXUALITY
 Význam v přírodě je doposud ne zcela znám.
 Není jasné, proč zástupci umělé skupiny Deuteromycotina
opustili účinný sexuální mechanismus genetické
rekombinace ve prospěch daleko více nahodilého a zdánlivě
méně účinného procesu.
 Odpověď může znít, že k parasexualitě dochází v jakékoliv
době během normálního somatického růstu a není potřeba
žádných speciálních předpokladů jako je tomu u pohlavních
fází.
 Každá z jednotlivých fází (nebo událostí parasexuálního
cyklu) je relativně vzácná a nevytváří pravidelný cyklus jako
je pohlavní cyklus včetně meióze.
POHLAVNÍ VARIABILITA
 Sexualita je hlavní mechanismus dávající vznik genetickým
rekombinantům
 Párování rodičovských chromozómů během meiózy vede k
mnohonásobnému crossing overu (tvorba překřížení).
 Nezávislé
kompletování
homologních
chromozómů
(segregace) od 2 různých rodičů má za výsledek, že jednotlivé
dceřinné haploidní jádra mohou mít různé chromozómy od
různých rodičů.
 HOMOTHALICKÉ druhy – může u jednoho jejich vlákna dojít k
sexuální reprodukci; self-kompatibilní
 HETEROTHALICKÉ druhy - houby, které potřebují 2 geneticky
odlišná, ale kompatibilní mycelia, která se musí setkat, aby
mohlo dojít k sexuální reprodukci
ÚLOHA HUB V BIOTECHNOLOGIÍCH
 Kvasinky jsou používány k výrobě chleba a produkci alkoholických nápojů –
piva, vína a lihovin.
 Některé vláknité houby se tradičně používají ke zlepšení chuti sýrů, nebo
další k produkci Asijských potravin jako např. Tofu, tempeh a miso.
 Nověji se jedná o využití hub k produkci proteinů a enzymů. Jeden z
nejnovějších a nejlépe známých houbových proteinů patří Quorn, produkt
který se používá jako alternativní zdroj výživy - nízký obsah cholesterolu a
energie.
 Nejvíce ekonomicky významná je produkce organických kyselin - citronová,
fumarová, mléčná a itakonová a produkce giberelinů.
 Produkce přírodních a semisyntetických penicilínů
 Nové farmaceuticky významné preparáty – protinádorové látky,
imunomodulátory jako např. Cyklosporiny.
 V zemědělství jsou houby využívány jako prostředky biologické ochrany
(redukce poškození populacemi hmyzu, plevelů a fytopatogenních
organismů). Podobně se využívá mykorhizy.
 Využití hub v bioremediaci (dekontaminaci) půd znečištěných pesticidy a
dalšími chemickými látkami.
NĚKTERÉ BIOTECHNOLOGICKY DŮLEŽITÉ HOUBY
Vláknité houby
Penicillium sp.
 Druhy rodu Penicillium jsou celosvětově rozšíření
 Nejčastěji zelené nebo modré plísně; řád Eurotiales, Ascomycotina
 Používají se k výrobě sýrů (P. roquefortii, P. camembertii)
 Některé druhy jsou patogenní na citrusech a jablkách
 Některé druhy napadají kůži
 Nejvýznamnějším přínosem je produkce antibiotik penicilinu a
griseofulvinu
Penicillium patulum
Ascomycotina
Aspergillus sp.
 Je známo asi 200 druhů rodu Aspergillus,
které se vyskytují na různých substrátech.
Často jsou jejich spory ve vzduchu.
 Hodně druhů je schopno kontaminovat
potravu.
 Aspergillus flavus vylučuje mykotoxin
aflatoxin.
 V humánní medicíně je znám jako původce
aspergilóz (nejčastěji A. fumigatus, A.
terreus, A. flavus, A. niger)
 Druhy rodu Aspergillus produkují různé
enzymy, které se využívají v
biotechnologiích.
 A. niger se používá pro výrobu citrónové a
glukonové kyseliny
Aspergillus flavus
Ascomycotina
Trichoderma spp.
 Široce rozšířený rod půdních hub
 Nejčastější druh Trichoderma viride
 Efektivní antagonista růstu ostatních druhů hub
 Trichoderma je úspěšně používána v biokontrole
Trichoderma harzianum
Deuteromycotina
Phanerochaete chrysosporium
 Zástupce pododdělení Basidiomycotina
 Způsobuje bílou hnilobu
 Produkuje nespecifické ligninázy, které se používají k odbourávání
látek znečišťujících půdu
Phanerochaete chrysosporium
Kvasinky
 Hrají důležitou roli v biotechnologiích
 Náleží do skupiny Ascomycotina
 Mohou být dimorfické – kvasinkové i vláknité formy
 Kvasinky se množí pučením
 Nejčastěji používaným druhem je Saccharomyces cerevisiae - k
výrobě chleba a alkoholu
 Kvasinky jsou také využívány k produkci single-celled proteinů a
produkci alkoholů pro průmyslové účely
 V současnosti jsou používány v molekulární biologii
Saccharomyces cerevisiae
Průmyslové využití kvasinek
Organismus
Saccharomyces cerevisiae
Využití
Vaření piva, pečení, topivo,
alkohol, víno
Saccharomyces uvarum
Vaření piva,
Ashbya gossypii, Eremothecium ashbyii Riboflavin
Rhodotorula
Karoten
Hansenula, Pichia
SCP skrze metanol
Candida, Cryptococcus, Hansenula,
SCP, lipázy
Lipomyces, Rhodotorula
Yarrowia lipolytica
citronová kyselina
Hansenula, Kloeckera, Pichia
Prekursory steroidů
Rhodotorula
Saccharomycopsis, Aureobasidium
D-glukonová kyselina
Kluyveromyces fragilis
Invertáza
Saccharomyces diastaticus
Glukoamyláza/vaření piva
(ve vývoji)
Yarrowia lipolytica, Torulopsis
Biosurfaktant (liposan)
bombicola
glykolipidy
Rod Saccharomyces
 Rod Saccharomyces představuje nepochybně ekonomicky nejvýznamnější
skupinu mikroorganismů používaných v průmyslu.
 Nejčastěji používanou kvasinkou je Saccharomyces cerevisiae.
 Tato kvasinka je využívána zejména pro svoji schopnost konvertovat cukry
na etanol a oxid uhličitý.
 Pro rod Saccharomyces je charakteristický
vegetativní způsob rozmnožování probíhající
multilaterálním pučením, buňky jsou sférické,
elipsoidní, cylindrické nebo protáhlé.
 Výjimečně je vytvářeno pseudomycelium,
vegetativně rostoucí buňky jsou převážně
diploidní, nebo polyploidní.
 Méně časté je pohlavní rozmnožování vedoucí
k tvorbě askospor. Askospory jsou sférické,
uložené v množství 1 – 4 v asku, aska po vyzrání
nepraskají.
 Tento rod je fermentativní a je schopen realizovat i respiraci. S. cerevisiae
fermentuje glukosu, manosu, fruktosu, galaktosu, maltosu, sacharosu,
maltotriosu a z jedné třetiny rafinosu.
 Velký počet kmenů je využíván pro výrobu alkoholických nápojů a
fermentovaných potravin (líh, pivo, víno, cider (z jablečného moštu), kefír,
pulque (z agave), sake), pro výrobu droždí, sterolů, enzymů a dalších
produktů. Velmi významné je rovněž využití těchto kvasinek v genetickém
výzkumu.
Cider značky Strongbow
Pulque
Příklady dalších kvasinek využívaných v biotechnologiích
SACCHAROMYCOPSIS LIPOLYTICA (syn. Candida lipolytica, Yarrowia
lipolytica), heterothalická askosporogenní kvasinka, která za podmínek
vegetativního růstu může vytvářet pseudomycelium, případně i septované
mycelium.
Využívána zejména pro schopnost produkce extracelulárních enzymů
(alkalické, neutrální a kyselé proteasy, lipasy). Utilizace n-alkanů otevírá
možnost využití této kvasinky jako producenta mikrobní biomasy.
HANSENULA POLYMORPHA, homothalická
kvasinka, za určitých kultivačních podmínek
schopná tvořit pseudomycelim,
askosporogenní. Disponuje schopností
využívat pro růst kromě běžných sacharidů
(glukosa, galaktosa, sacharosa, maltosa,
laktosa) též metanol.
Zdrojem dusíku mohou být kromě amonných
iontů též dusičnany. Využití této kvasinky
spočívá především v produkci biomasy.
Příklady dalších kvasinek využívaných v biotechnologiích
• KLUYVEROMYCES FRAGILIS (v imperfektním stadiu Candida
pseudotropicalis) homothalická askosporogenní kvasinka.
Je fermentativní, za anaerobních podmínek často tvoří pseudomycelium.
Vzhledem ke schopnosti zkvašovat laktosu je využívána pro kvašení
syrovátky, dále jako producent enzymů (polygalakturonidasa, invertasa, βgalaktosidasa).
• CANDIDA UTILIS vegetativně rostoucí kvasinka, za podmínek anaerobního
růstu vytváří pseudomycelium a někdy i pravé mycelium. Je častým
kontaminantem v kultivačních technologiích využívajících kvasinky (výroba
droždí).
Růstově je nenáročná, využívá kromě běžných sacharidů též hydrolyzáty
dřeva a sulfitové výluhy, dusík může být asimilován též ve formě dusitanů a
dusičnanů. Pro svůj dobrý růst složí jako producent mikrobní biomasy.
Agaricus spp.
 V biotechnologiích jsou používány hlavně pro produkci hub, tzn. na proteiny
bohaté potravy.
 Agaricus (pečárky) jsou saprofytní houby ze skupiny Basidiomycotina, které
rostou na loukách a v lesích, kde rozkládají organické rostlinné zbytky.
 Komerční odrůdy většinou patří ke druhu Agaricus bisporus
Agaricus bisporus
Claviceps purpurea
 Claviceps purpurea je houba ze skupiny Ascomycotina, které produkují
sklerocia, které se nazývají námel, z kterého se izoluje mnoho farmakologicky
prospěšných alkaloidech
 Na jaře, sklerocia, která přezimují v půdě a jsou aktivovány mrazem, vyklíčí
a vytvoří stromata, ve kterých se tvoří perithecia. Každé perithecium obsahuje
okolo 100 vřecek, které uvolňují askospory, které infikují květy trav.
 Po infekci rychle rostoucí mycelium produkuje masu konidioforů , které
uvolňují sladkou medovici. Tímto způsobem přitahují hmyz, který roznáší
konidie houby dále. Semeníky květů trav se postupně přemění na černé
sklerocium (námel). Ve středověku alkoloidy izolované z Claviceps purpurea
způsobovaly epidemie.
Sklerocia a stromata
s perithecii