อ.ดร.ปิ ย ั งก ู ล เหลอ ื งเจร ิ ญกจ ิ, Room No. MG4123, E-mail : [email protected] Department of Microbiology, Faculty of Science, Kasetsart University Phylum Ascomycota and Basidiomycota : Yeast
Yeast Classification Kingdom Fungi : 2 phylum 1. Phylum Ascomycota 2. Phylum Basidiomycota Anamorphic genera : พบเฉพาะ anamorphic state [Imperfect state] Teleomorphic genera : พบทั้ง anamorphic state และ teleomorphic state The Yeasts: A Taxonomic Study Yeast ในแต่ละ phylum ประกอบด้วย
เซลล์เดี่ยว (Unicellular Form) • ขนาดเซลล์ของยีสต์มีความหลากหลาย บางชนิดมีความยาวของเซลล์ 2-3 ไมโครเมตร และบางชนิดมีความยาวถึง 20-50 ไมโครเมตร • ความกว้างของเซลล์ มีขนาดอยู่ในช่วง 1-10 ไมโครเมตร ทรงกระบอก (cylindrical) ปลายด้านหนึ่งแหลม (ogival, boat) Dekkera bruxellensis Sporobolomyces diospyroris กลม (round, spheroidal, spherical) Cryptococcus sp. ไข่ (oval, ovoidal) Sporobolomyces coprosmae รูปร่างแบบมะนาว (apiculate) Hanseniaspora osmophila สามเหลี่ยม (triangular) Trigonopsis sp. ยาว (elongate) Pichia guilliermondii คนโท (flask) Brettanomyces sp. สัณฐานวิทยาของเซลล์ยีสต์ (Yeast cell morphology)
หลายเซลล์(Multicellular Form) เส้นใยเทียม (pseudohyphae หรือ pseudomycelium) เกิดเมื่อมีการเพิ่มจ านวนโดยการแตกหน่อ (daughter cell) แล้วหน่อที่เกิดขึ้นไม่หลุดจากเซลล์แม่ (mother cell) ท าให้มีการเรียงต่อของเซลล์เป็นสาย Metschnikowia gruessii เส้นใยเทียม (pseudohyphae) blastoconidia Candida ontarioensis เส้นใยแท้ (true hyphae) septate hypha
การสืบพันธุ์และวงจรชีวิตของยีสต์ Anamorphic state หรือ Anamorph คือ ยีสต์ในระยะที่พบเฉพาะการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัย Teleomorphic state หรือ Teleomorph คือ ยีสต์ในระยะที่พบการสืบพันธุ์แบบอาศัย
การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ (Asexual reproduction ) ยีสต์เจริญโดยการเพิ่มขนาดเซลล์จนถึงขนาดวิกฤต (critical size) จากนั้นเซลล์จะมีการแบ่งเพื่อเพิ่มจ านวน ระหว่างการแบ่งเซลล์: - นิวเคลียสมีการแบ่งแบบ mitosis - การสังเคราะห์ไซโตพลาสซึม และแอร์แกเนลล์ ต่าง ๆ การแบ่งเซลล์แบบแตกหน่อ (Budding) Budding yeast Saccharomyces cerevisiae นาท ท ีที่มา ของตั
การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ (Asexual reproduction ) แบบแตกหน่อ (Budding) : Blastospore Holoblastic budding ระหว่างการแตกหน่อผนังเซลล์ทุกชั้นยังอยู่ครบ (Ascomycetous yeast) Enteroblastic budding ผนังเซลล์ชั้นนอกหายไปบริเวณการแตกหน่อ [Basidiomycetous yeast]
การแตกหน่อ (Budding) : แบ่งออกเป็น 3 ประเภท 1. Monopolar budding : เป็นการแตกหน่อที่ปลายด้านเดียวซ้ า ๆ 2. Bipolar budding : เป็นการแตกหน่อที่ปลายทั้งสองด้าน 3. Multipolar หรือ Multilateral budding: เป็นการแตกหน่อโดยรอบเซลล์ ทุกด้าน สามารถเกิดการแตกหน่อทีละเซลล์ หรือเกิดขึ้นพร้อมกัน Monopolar budding Bipolar budding Multilateral budding
การแบ่งเซลล์แบบฟิชชัน (fission) การเพิ่มจ านวนแบบฟิชชันเกิดโดยการที่เซลล์ขยายออกตามยาว และ organelle ต่าง ๆ รวมทั้งนิวเคลียร์และไซโตพลาสซึมเพิ่มเป็นสองเท่า จากนั้นมีการสร้างงผนังกั้นขวาง (septum หรือ cross wall) ซึ่งแบ่ง ออกเป็น 2 ส่วนเท่า ๆ กัน และท้ายที่สุดแบ่งเป็น 2 เซลล์ พบในยีสต์บางชนิด เช่น Shizosaccharomyces, Diplodascus, Galactomyces, Trichosporon Schizosaccharomyces pombe เซลล์ที่สร้างขึ้นใหม่จาก fission เรียกว่า arthroconidia หรือ arthospores
การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ (Asexual reproduction ) สปอร์แบบไม่อาศัยเพศ (Asexual spore) Chlamydospores Endoconidia produced by budding (arrow) in a hyphal cell Ballistospore formed on elongate conidiophores
Ascomycetous yeast
Ascomycetous yeast : Characteristic สืบพันธุ์แบบอาศัยไม่เพศ สร้างสปอร์แบบ Holoblastic budding ส่วนใหญ่เป็น multilateral budding แต่ก็พบที่เป็น bipolar และ fission Bipolar budding : Hanseniaspora, Saccharomycodes และ Wickerhamia Fission : Shizosaccharomyces, Diplodascus, Galactomyces, Trichosporon Holoblastic budding multilateral budding Hanseniaspora Galactomyces Holoblastic budding mult; lateral
สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ด้วยการสร้าง ascospore ใน ascus ไม่มีการสร้าง ascocarps จัดเป็นพวก Naked asci Asci พัฒนาขึ้นจาก yeast cells หรือ hyphal tips Ascomycetous yeast : Characteristic Schizosaccharomyces japonicus
Spheridal and roughened Spheridal and smooth Bean-shape Hat-shape Saturn-shaped and smooth Elongated, needle-shaped Elongated with a whip-like tail
Outline of a possible ascomycete phylogeny, presented as a consensus tree based on sequences of the RNA polymerase II gene (Redrawn from Liu and Hall, 2004) Phylum Ascomycota Archiascomycetes *** Hemiascomycetes *** Plectomycetes Hymenoascomycetes Loculoascomycetes Microscopic data, and phylogenetic analyses, 5 major classes of Ascomycota have been proposed M. E. Barr (2001) and Kurtzman and Sugiyama (2001). Euascomycetes ‘higher ascomycetes’
Archiascomycetes Taphrinales : The genera Taphrina, facultative biotrophic plant pathogens Schizosaccharomycetales : The saprotrophic fission yeast Schizosaccharomyces The yeast-like Pneumocystis, which causes pneumonia in immunocompromised patients
Ecologically biotrophic parasites mainly of flowering plants Whiches brooms, galls or leaf curls 6 genera : Protomyces (10 species), Taphrina (95 species) Both Protomyces and Taphrina can be isolated from their hosts as ascospores These germinate in pure culture by budding to form saprotrophic haploid yeast cells Taphrinales Whiches brooms : repeated branching Galls Leaf curls
Taphrina deformans auxins cytokinins
The Peach Leaf Curl Disease (Taphrina deformans) Conjugation Infection Leaf cell Basal cell Dikaryotic hypha (n+n) Ascospore
Saprotrophic fission yeast Schizosaccharomyces Asexual reproduction by fission : Fission yeast 1 genus with three species, S. japonicus, S. octosporus and S. pombe Substrates rich in soluble carbon sources tree exudates, fruits, honey and fruit juices Schizosaccharomycetales S. pombe is the fermenting agent of African millet beer (pombe)
Sexual reproduction is by conjugation of two haploid vegetative yeast cells, followed by karyogamy and meiosis which gives rise to four or, more usually, eight ascospores S. octosporus : homothallic S. pombe : homothallic and heterothallic strains bipolar mating system (h+ and h- mating types)
Pneumocystis Organisms living as cyst-like cells in the lungs of mammalian hosts Pneumonia in immunocompromised host
Hemiascomycetes 1 oder Saccharomycetales, which has been divided into 11 families and 276 species. คุณสมบัติที่ Hemi- and Archiascomycetes แตกต่างจาก higher ascomycetes (Euascomycetes). Asci are formed freely and singly (Neked asci) ไม่พบ Sterile hyphae surrounding the asci Very little chitin in the Hemi- and Archiascomycetes cell wall. 1 or several pores may be present Lack Woronin bodies, in contrast to Euascomycete septa Woronin bodies peroxisomal-derived organelles S
Saccharomyces (Saccharomycetaceae) Saccharomyces cerevisiae is found on ripe fruits, like many other yeasts. S. cerevisiae is the brewer’s and baker’s yeast This fungus was the first eukaryote (in 1996) to have its complete genome sequenced. Genetic manipulation has further enhanced ‘model organism’ for eukaryote research.
Mating system in S. cerevisiae
Bread-making CO2 is the important product in bread making because it is responsible for the texture of the bread. Ethanol may, however, contribute to the flavor of fresh bread. S. cerevisiae
Beer and Wine production S. cerevisiae S. cerevisiae
Production of sake S. cerevisiae Aspergillus oryzae Moromi
Candida (anamorphic Saccharomycetales) Candida is a very large genus of anamorphic Saccharomycetales C. albicans, which is associated with human disease Candida spp. are cosmopolitan and can be found in many ecological situations The surface of fruits and other plant organs, rotting wood, the soil, sea water, or associations with mammals and insects (especially bees). Dimorphism : pathogenicity commonly being associated with hyphal growth whereas yeasts are indicative of saprotrophic growth. The switch between yeast and hyphal states is reversible. Temperature (hyphae at 37ºC, yeasts below) pH (hyphae at neutral pH, yeasts at acid pH) Nutrient abundance (yeast growth) or deficiency (hyphal growth),
Candidiasis
Anti-Candida drugs
Pichia (Saccharomycetaceae) The genus Pichia contains 94 species budding cells, with only a few species also producing arthroconidia, pseudohyphae and hyphae Sexual reproduction is by ascospores (1-4 per ascus) which are often hat-shaped
Two species are of particular biotechnological interest: Pichia jadinii (Candida utilis) has been developed as a food yeast for single-cell protein - utilize the pentose of lignocellulolytic hydrolysate Pichia pastoris protein glycosylation chains are similar to those of humans products of heterologous genes are efficiently secreted
heterologous genes production in Pichia pastoris
Galactomyces (Dipodascaceae) True hyphae which form septa and quickly fragment into arthrospores Six species are now known The most important is G. candidus (anamorph Geotrichum candidum) Common in soil, dairy products, sewage Post-harvest rot in ripe fruits and vegetables Infected plant organs become soft and sour smell hence the name ‘sour rot’
Saccharomycopsis (Saccharomycopsidaceae) Saccharomycopsis (formerly Endomycopsis) Saccharomycopsis fibuligera grows in flour, bread, macaroni and other starchy substrates, and produces extracellular amylases. Ascus formation in this homothallic species The asci are mostly four-spored. The spores are hat-shaped. Predacious yeasts
Predacious yeasts on leaf surfaces This phenomenon is different from that of killer yeasts because no toxins appear to be involved. Instead, penetration and killing is brought about mainly by cell wall-degrading enzymes, notably β-(1,3)-glucanase (Lachance et al., 2000).
Eremothecium (Eremotheciaceae) Pseudohyphae and true hyphae are present in culture, and vegetative reproduction is often by budding yeast cells Asci are formed terminally or in intercalary positions, and they contain 8-32 needle-shaped ascospores. Eremothecium spp. are the only important plant pathogens among the Hemiascomycetes
Aureobasidium : black yeasts LOCULOASCOMYCETES : Higher ascomycetes Main habitats are the phylloplane Involved in the biodeterioration : Blue stain
Basidiomycetous yeast
Basidiomycetous yeast : Characteristic ส่วนใหญ่เป็น diamorphic Unicellular budding haploid state : yeast cell เซลล์ยีสต์เกิดได้จาก 2 ลักษณะ การ budding ของ basidiospore การ budding ของ basidium Dikaryotic hypha state หรือ Diploid พบ clamp connection พบใน Teleomophic genera Clamp connection
สืบพันธุ์แบบอาศัยไม่เพศ สร้างสปอร์แบบ Enteroblastic budding ส่วนใหญ่เป็น polar budding สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ด้วยการสร้าง basidiospore Basidiomycetous yeast : Characteristic FIGURE 7.3 Sexual states of basidiomycetousyeasts. (A) Basidiospores produced on a transversely septate basidium arising from a teliospore(Sporidiobolus ruineniae), (B) Basidiospores formed on a non-septate metabasidium arising from a teliospore(Mrakia frigida), (C) Basidospores (top right) produced on an elongated basidium formed from a cell-bud mating and not a teliospore(Xanthophylomyces dendrorhous), (D) Clamp connections (arrow) on hyphae that have formed teliospores (Kwoniella mangroviensis). Sexual reproduction
Teliospore - เป็น resting spore ที่มีผนังหนา - สร้างเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออ านวยจะได้ยังคงมีชีวิตอยู่รอด - ท าหน้าที่เป็น Probasidium – เป็นบริเวณที่เกิด Karyogamy - เมื่ออยู่ในสภาวะเหมาะสมจะงอกสร้าง basidium แบบมีผนังกั้น (Phragmobasidium) - เกิด meiosis สร้างเป็น basidiospore Teliospore และ Basidiospore
* * * * *
Filobasidiella (Cryptococcus) neoformans Cryptococcus spp. are found on plant material and in the soil. C. neoformans (teleomorph Filobasidiella neoformans), is a human pathogen and among the most serious causes of mycosis in man. encapsulated yeast Cryptococcosis
Cryptococcosis
Xanthophyllomyces dendrorhous [Phaffia rodozyma] Fungi producing the commercially valuable carotenoid pigment astaxanthin Astaxanthin is of importance in the fish farming industry (salmon and trout) In nature, astaxanthin travels the food chain phytoplankton zooplankton larger crustaceans salmon Astaxanthin appears to be necessary for the survival of Phaffia under the oxidizing conditions