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Adaptation de la levure : Le facteur température

Explorer comment la température influence les espèces de levures et la biodiversité.

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Table des matières

Les changements de température causés par les actions humaines ont énormément impacté l'environnement de la Terre. Ces changements entraînent un déclin de la diversité des formes de vie et modifient la survie de différentes espèces. Ça inclut des micro-organismes importants comme la levure. Comprendre comment ces micro-organismes s'adaptent aux variations de température est crucial pour saisir comment la Biodiversité évolue.

Les LEVURES sont un groupe de champignons microscopiques qui jouent des rôles importants dans divers écosystèmes. Le genre Saccharomyces est particulièrement intéressant car il inclut plusieurs espèces qui se sont adaptées à différentes plages de températures. Certaines espèces prospèrent dans des conditions froides, tandis que d'autres se débrouillent mieux dans des environnements chauds. La capacité de ces levures à s'adapter aux différentes températures est liée à leur changement à un niveau moléculaire.

Importance de l'adaptation à la température chez la levure

Le genre Saccharomyces est un super exemple pour étudier comment les organismes s'adaptent aux changements de température. Ce groupe comprend plusieurs espèces étroitement liées, ce qui facilite la compréhension de l'impact des variations sur leur croissance et leur survie. Certaines de ces espèces, comme S. kudriavzevii et S. arboricola, préfèrent les températures plus froides, tandis que S. cerevisiae se sent mieux dans des environnements plus chauds.

Les chercheurs ont passé des années à identifier les gènes chez ces levures qui les aident à s'adapter à différentes températures. Par exemple, certaines études ont examiné comment un ensemble particulier de gènes aide les levures tolérantes au froid à survivre à basse température. Ces gènes sont impliqués dans divers processus, comme la production d'énergie et la gestion du stress cellulaire.

Un aperçu des gènes candidats

Dans l'étude de l'adaptation des levures, six gènes ont été identifiés comme candidats importants pour la croissance dans des conditions froides. Ces gènes jouent des rôles dans différentes fonctions cellulaires comme la production d'alcool et le métabolisme des graisses. En comprenant comment ces gènes influencent la survie des levures dans des extrêmes de température, les chercheurs peuvent mieux comprendre comment les espèces se diversifient et prospèrent.

Certains gènes spécifiques, comme ADH3 et GUT2, aident à réguler comment les cellules de levure gèrent leur énergie et produisent des substances vitales. D'autres gènes influencent la capacité des levures à maintenir de bonnes fonctions cellulaires dans des environnements froids. L'interaction entre ces gènes impacte la performance des différentes espèces de levure sous diverses conditions de température.

Température et profils de croissance

Pour comprendre comment S. jurei, une espèce de levure récemment découverte, pousse à différentes températures, les chercheurs ont mesuré ses taux de croissance à divers niveaux. Cela a impliqué de comparer S. jurei à d'autres espèces du genre Saccharomyces. Les résultats ont montré que S. jurei préfère une plage de température qui se situe entre les espèces tolérantes au froid et celles tolérantes à la chaleur, indiquant une stratégie d'adaptation unique.

Les chercheurs ont également tracé les taux de croissance en fonction de la température, révélant que chaque espèce a une température de croissance optimale différente. Cette information suggère que ces préférences de température aident à expliquer la diversité génétique parmi les espèces de Saccharomyces.

Évaluation de la Tolérance au froid

Des recherches ont montré que la suppression de gènes spécifiques de tolérance au froid chez la levure donne des résultats variés selon l'espèce. Cela signifie qu'un gène qui aide une espèce à prospérer dans le froid n'a pas forcément le même effet sur une autre espèce. Par exemple, certaines suppressions de gènes ont eu un impact significatif sur la tolérance au froid de S. kudriavzevii et S. jurei, tandis que d'autres espèces ont montré peu ou pas de changement.

Fait intéressant, certaines espèces ont montré une meilleure forme à des températures plus chaudes après la suppression de certains gènes liés à la tolérance au froid. Ça met en lumière les manières complexes dont différentes espèces s'adaptent et utilisent les ressources disponibles dans leurs environnements.

Le rôle de la transcription dans l'adaptation

Un facteur clé dans l'adaptation des levures à la température est l'expression des gènes, qui fait référence à la quantité d'un gène particulier utilisée pour fabriquer des protéines. Dans des espèces comme S. kudriavzevii, une forte expression de certains gènes soutient leur survie dans des conditions froides. En revanche, les espèces qui expriment ces gènes à des niveaux plus bas peuvent avoir du mal dans les environnements froids.

Des études ont indiqué que l'expression des gènes peut changer selon la température. Par exemple, certaines espèces réagissent aux conditions plus froides en augmentant l'expression des gènes de tolérance au froid, ce qui les aide à survivre. Cette flexibilité permet à différentes espèces de levure de prospérer dans leurs environnements respectifs et contribue à leur diversité globale.

Interactions génétiques et adaptation au froid

Les chercheurs ont exploré comment différents gènes interagissent entre eux, surtout sous des températures variées. Cette investigation a impliqué de créer des souches mutantes doubles où deux gènes étaient supprimés en même temps. Les interactions entre ces gènes ont révélé plus d'infos sur la façon dont chaque espèce pourrait réagir au stress environnemental.

En général, les interactions entre les gènes peuvent être positives ou négatives. Les interactions positives peuvent mener à une meilleure croissance, tandis que les interactions négatives peuvent freiner le développement. Ces dynamiques montrent que les relations entre les gènes influencent significativement la capacité d'une espèce à s'adapter aux changements de température.

Implications pour la biodiversité

Les résultats de ces études soulignent le rôle de la température dans la diversité des espèces. Au fur et à mesure que différentes espèces s'adaptent à leurs environnements, elles développent des traits génétiques uniques qui leur permettent de survivre. Cette adaptabilité est vitale pour maintenir la biodiversité et soutenir les écosystèmes.

En étudiant des espèces de levures comme Saccharomyces, les chercheurs peuvent rassembler des infos précieuses qui pourraient s'appliquer à d'autres organismes confrontés à des changements environnementaux similaires. Comprendre ces processus peut guider les efforts de conservation et aider à gérer les écosystèmes alors qu'ils continuent d'évoluer.

Conclusion

La recherche sur le genre Saccharomyces met en lumière comment la température affecte la croissance et l'adaptation des espèces de levures. Différents traits génétiques contribuent à leur capacité à prospérer dans divers environnements, favorisant la biodiversité. En comprenant ces adaptations, les chercheurs obtiennent des perspectives sur les implications plus larges pour les écosystèmes et les efforts de conservation.

En étudiant comment les micro-organismes réagissent aux changements de température, on peut mieux apprécier les complexités de la vie et les processus en cours qui façonnent notre monde. L'adaptabilité d'espèces comme les levures nous rappelle la résilience de la vie face à des conditions changeantes.

Source originale

Titre: Exploring adaptation routes to low temperatures in the Saccharomyces genus

Résumé: The identification of traits that affect adaptation of microbial species to external abiotic factors, such as temperature, is key for our understanding of how biodiversity originates and can be maintained in a constantly changing environment. The Saccharomyces genus, which includes eight species with different thermotolerant profiles, represent an ideal experimental platform to study the impact of adaptive alleles in different genetic backgrounds. Previous studies identified a group of genes important for maintenance of growth at lower temperatures. Here, we carried out a genus-wide functional analysis in all eight Saccharomyces species for six candidate genes. We showed that the cold tolerance trait of S. kudriavzevii and S. eubayanus is likely to be evolved from different routes, involving genes important for the conservation of redox-balance, and for the long-chain fatty acid metabolism, respectively. For several loci, temperature- and species-dependent epistasis was detected, underlying the plasticity and complexity of the genetic interactions. The natural isolates of S. kudriavzevii, S. jurei and S. mikatae had a significantly higher expression of the genes involved in the redox balance compared to S. cerevisiae, raising the question of what proportion of the trait is accounted for solely due to transcriptional strength. To tease apart the role of gene expression from that of allelic variation, for two genes we independently replaced in four yeast species either the promoters or the alleles with those derived from S. kudriavzevii. Our data consistently showed a significant fitness improvement at cold temperatures in the strains carrying the S. kudriavzevii promoter, while growth was lower upon allele swapping. These results suggest that transcriptional strength plays a bigger role in growth maintenance at cold over the allele type and supports a model of adaptation centred on stochastic tuning of the expression network. Author summaryThe decline in biodiversity due to environmental changes influences the stability of ecosystems by altering the geographic distribution of several microbial and fungal species. Temperature is one of the leading factors that drive adaptation and different organisms share the same habitat because of their different thermal profiles. It is therefore important to study the genes that affect the fitness of microorganisms at different temperatures in order to understand both how biodiversity originated and how can be maintained. The Saccharomyces genus, which includes species with different thermotolerant profiles, represent an ideal experimental platform to investigate the impact of adaptive alleles in response to temperature changes. Here, we carried out a functional analysis for putative cold-tolerant genes and showed that this trait is likely to be evolved from different routes in different species, involving the conservation of redox-balance and alteration of membrane fluidity. Furthermore, for several species, genetic interactions display fitness tradeoffs in different environments. Finally, by unravelling the interplay between gene expression, allele variation, genetic background and environment, this study shed light on the intricate nature of transcriptional regulation and its pivotal role in facilitating cold adaptation in Saccharomyces species.

Auteurs: Daniela Delneri, J. Pinto, L. N. Balarezo-Cisneros

Dernière mise à jour: 2024-02-26 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.25.582014

Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.25.582014.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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