Biology for Majors II

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Learning Outcomes

  • Identifizierung von Merkmalen und Beispielen von Pilzen im Stamm Ascomycota

Die Mehrheit der bekannten Pilze gehört zum Stamm Ascomycota, der durch die Bildung eines Ascus (Plural, asci) gekennzeichnet ist, einer sackartigen Struktur, die haploide Ascosporen enthält. Filamentöse Ascomyceten produzieren Hyphen, die durch perforierte Septen geteilt sind und das Strömen von Zytoplasma von einer Zelle zur anderen ermöglichen. Konidien und Asci, die jeweils für die asexuelle und sexuelle Fortpflanzung verwendet werden, sind normalerweise durch blockierte (nicht perforierte) Septen von den vegetativen Hyphen getrennt. Viele Ascomyceten sind von kommerzieller Bedeutung. Einige spielen eine wohltuende Rolle für die Menschheit, wie die Hefen, die beim Backen, Brauen und bei der Weingärung verwendet werden, und direkt als Delikatessen wie Trüffel und Morcheln. Aspergillus oryzae wird bei der Fermentation von Reis zur Herstellung von Sake verwendet. Andere Ascomyceten parasitieren Pflanzen und Tiere, einschließlich Menschen. Zum Beispiel stellt eine Pilzpneumonie eine erhebliche Bedrohung für AIDS-Patienten dar, die ein geschwächtes Immunsystem haben. Ascomyceten befallen und zerstören nicht nur Pflanzen direkt, sie produzieren auch giftige Sekundärmetaboliten, die Pflanzen für den Verzehr ungeeignet machen.

Ascomyceten haben sowohl sexuelle als auch asexuelle Lebenszyklen. Im asexuellen Lebenszyklus verzweigt sich das haploide (1n) Myzel in eine Zellkette, die als Konidiophor bezeichnet wird. Sporen knospen vom Ende des Konidiophors und keimen, um mehr Myzelien zu bilden. Im Sexuallebenszyklus, eine runde Struktur namens Antheridium Knospen aus dem männlichen Stamm, und eine ähnliche Struktur namens Ascogonium Knospen aus dem weiblichen Stamm. In einem Prozess namens Plasmogamie verschmelzen Ascogonium und Antheridium zu einer Zelle mit mehreren haploiden Kernen. Mitose und Zellteilung führen zum Wachstum vieler Hyphen, die einen Fruchtkörper namens Ascocarp bilden. Die Hyphen sind dikaryotisch, dh sie haben zwei haploide Kerne. Asci bilden sich an den Spitzen dieser Hyphen. In einem Prozess namens Karyogamie verschmelzen die Kerne in den Asci zu einer diploiden (2n) Zygote. Die Zygote durchläuft eine Meiose ohne Zellteilung, was zu einem Ascus mit vier 1n-Kernen führt, die in einer Reihe angeordnet sind. Jeder Kern unterliegt einer Mitose, was zu acht Ascosporen führt, die ebenfalls in einer Reihe an der Spitze der Hyphen angeordnet sind. Verbreitung und Keimung führen zum Wachstum neuer Myzelien.

Abbildung 1. Klicken Sie für ein größeres Bild. Der Lebenszyklus eines Ascomyceten ist durch die Produktion von Asci während der sexuellen Phase gekennzeichnet. Die haploide Phase ist die vorherrschende Phase des Lebenszyklus.

Die mikroskopische Aufnahme zeigt Asci, die als mehrere, kugelartige Formen erscheinen, die zu einer Struktur von etwa 7 Mikrometern Durchmesser verschmolzen sind, und Ascosporen, die kleine, hellblaue Ovale von etwa zwei Mikrometern Breite und drei Mikrometern Länge sind, die aus dem Asci freigesetzt werden.

Abbildung 2. Die hellfeldmikroskopische Aufnahme zeigt die Freisetzung von Ascosporen aus Asci im Pilz Talaromyces flavus var. flavus. (credit: Modifikation der Arbeit von Dr. Lucille Georg, CDC; scale-Bar-Daten von Matt Russell)

Asexuelle Fortpflanzung ist häufig und beinhaltet die Produktion von Konidiophoren, die haploide Konidiosporen freisetzen. Die sexuelle Fortpflanzung beginnt mit der Entwicklung spezieller Hyphen aus einer von zwei Arten von Paarungsstämmen (Abbildung 1).

Der „männliche“ Stamm produziert ein Antheridium und der „weibliche“ Stamm entwickelt ein Ascogonium. Bei der Befruchtung verbinden sich das Antheridium und das Ascogonium in Plasmogamie ohne Kernfusion. Aus diesem Dikaryon entstehen spezielle dikaryotische ascogene (Ascus produzierende) Hyphen, bei denen jede Zelle Kernpaare aufweist: einen aus dem „männlichen“ Stamm und einen aus dem „weiblichen“ Stamm. In jedem Ascus verschmelzen zwei haploide Kerne in der Karyogamie.

Tausende von Asci füllen einen Fruchtkörper namens Ascocarp. Der diploide Kern in jedem Ascus führt durch Meiose zu haploiden Kernen, und um jeden Kern bilden sich Sporenwände. Die Sporen in jedem Ascus enthalten die meiotischen Produkte eines einzelnen diploiden Kerns. Die Ascosporen werden dann freigesetzt, keimen und bilden Hyphen, die in der Umwelt verbreitet werden und neue Myzelien bilden (Abbildung 2).

Übungsfrage

Welche der folgenden Aussagen ist wahr?

  1. Ein dikaryotischer Ascus, der sich im Ascocarp bildet, erfährt Karyogamie, Meiose und Mitose, um acht Ascosporen zu bilden.Ein diploider Ascus, der sich im Ascocarp bildet, erfährt Karyogamie, Meiose und Mitose, um acht Ascosporen zu bilden.
  2. Eine haploide Zygote, die sich im Ascocarp bildet, erfährt Karyogamie, Meiose und Mitose, um acht Ascosporen zu bilden.
  3. Ein dikaryotischer Ascus, der sich im Ascocarp bildet, erfährt Plasmogamie, Meiose und Mitose, um acht Ascosporen zu bilden.
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Anweisung a ist wahr.

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