Resisting the molecular evolution of fitness: an investigation into the role of ploidy in the perturbed adaptability observed in an HTZ1 knockout
Date
2023-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Shifts in ploidy or gaining and or loss of a set of chromosomes, have occurred in the evolution of
many fungi, plant, and animal species and is thought to contribute to speciation. Despite the
important role of ploidy in evolution, little is known about how it contributes to adaptation and
speciation. Previously it was shown that deletion of the histone variant Htz1p in S. cerevisiae
resulted in perturbed evolvability under oxidative stress. Considering the histone variant’s
documented roles in mechanisms such as genome integrity and chromosome segregation, this study
sought to uncover if the perturbed evolvability of the strain might be caused by increased ploidy.
To address this, we employ flow cytometry and ~300 generations of experimental evolution to analyse
the DNA ploidy levels in several S. cerevisiae strains. Initial interest was given to two HTZ1 null
mutants, one commercially available (Y11703) and another newly synthesized (PB1012). It was
expected that both strains would exhibit similar, near-diploid phenotypes. However, it was found
that only Y11703 exhibited the expected diploid phenotype. In parallel, we tested whether the
reintroduction of the HTZ1 gene into a null mutant background would revert the cell to its parental
ploidy state. To investigate this, two HTZ1 recovery strains were synthesised to observe the
effects of introducing the gene in Y11703 under its native promoter and the inducible GAL1
promoter. These two strains presented little deviation from the flow cytometry behaviour exhibited
by Y11703, presenting no indication of any reduction in its DNA ploidy level, but, unexpectedly, a
slight increase in some cases.
Although unexpected, this study adds to the intriguing relationship between Htz1p and ploidy
alterations in S. cerevisiae. However, more research is needed to elucidate the mechanisms
underlying these observations more completely. Future investigations may explore the molecular
pathways connecting Htz1p to ploidy maintenance and its impact on evolvability. Understanding these
processes
may provide valuable insights into the broader context of eukaryote adaptation and speciation.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Verskuiwings in ploïdie of die wins en of verlies van 'n stel chromosome het plaasgevind in die evolusie van baie swamme, plant- en dierspesies, en dra vermoedelik by tot spesiasie. Ten spyte van die belangrike rol van ploïdie in evolusie, is die bydrae daarvan tot aanpassing en spesiasie nie baie bekend nie. Dit is voorheen gewys dat die verwydering van histoon variant Htz1p in S. cerevisiae onder oksidatiewe stres tot ʼn versteurde evolusionêre ontwikkelingskapasiteit gelei het. Met die histoon variant se gedokumenteerde betrokkenheid by meganismes soos genoomintegriteit en chromosoom segregasie inaggenome, het hierdie studie gepoog om die versteurde evolusionêre ontwikkelingskapasiteit van ‘n stam deur verhoogde ploïdie veroorsaak, te verduidelik. Ons het vloeisitometrie en ~300 generasies van eksperimentele evolusie gebruik om die DNA ploïdie vlakke in verskeie S. cerevisiae stamme te analiseer. Aanvanklik het ons belangstel in twee HTZ1 nulmutante, een kommersieel beskikbaar (Y11703), en 'n ander nuut gesintetiseer (PB1012). Die verwagting was dat beide stamme soortgelyke, byna diploïede fenotipes sou vertoon. Daar is egter gevind dat slegs Y11703 die verwagte diploïede fenotipe getoon het. Terselfdertyd was daar die vraag of die herinvoering van HTZ1 in 'n nul mutant-agtergrond die sel na sy ouerlike ploïdie toestand sou terugvoer. Om dit te ondersoek, is twee HTZ1-herwinningstamme gesintetiseer om die effekte van die bekendstelling van die geen in Y11703 onder sy inheemse promotor en die induseerbare GAL1 promotor waar te neem. Hierdie twee stamme het min afwyking van die vloeisitometrie-data getoon vir Y11703, wat geen aanduiding van enige verlaging in sy DNA-ploïdievlak gewys het nie, maar eerder 'n effense toename in sommige gevalle. Alhoewel dit onverwags is, dra hierdie studie by tot die interessante verwantskap tussen Htz1p en ploïdie veranderings in S. cerevisiae. Meer navorsing is egter nodig om die meganismes onderliggend aan hierdie waarnemings volledig toe te lig. Toekomstige navorsing kan die molekulêre weë wat Htz1p verbind met ploïdie-instandhouding en die impak daarvan op evolusie ondersoek. Om hierdie prosesse te verstaan kan waardevolle kennis en insig in die breër konteks van eukariote aanpassing en spesiasie verskaf.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Verskuiwings in ploïdie of die wins en of verlies van 'n stel chromosome het plaasgevind in die evolusie van baie swamme, plant- en dierspesies, en dra vermoedelik by tot spesiasie. Ten spyte van die belangrike rol van ploïdie in evolusie, is die bydrae daarvan tot aanpassing en spesiasie nie baie bekend nie. Dit is voorheen gewys dat die verwydering van histoon variant Htz1p in S. cerevisiae onder oksidatiewe stres tot ʼn versteurde evolusionêre ontwikkelingskapasiteit gelei het. Met die histoon variant se gedokumenteerde betrokkenheid by meganismes soos genoomintegriteit en chromosoom segregasie inaggenome, het hierdie studie gepoog om die versteurde evolusionêre ontwikkelingskapasiteit van ‘n stam deur verhoogde ploïdie veroorsaak, te verduidelik. Ons het vloeisitometrie en ~300 generasies van eksperimentele evolusie gebruik om die DNA ploïdie vlakke in verskeie S. cerevisiae stamme te analiseer. Aanvanklik het ons belangstel in twee HTZ1 nulmutante, een kommersieel beskikbaar (Y11703), en 'n ander nuut gesintetiseer (PB1012). Die verwagting was dat beide stamme soortgelyke, byna diploïede fenotipes sou vertoon. Daar is egter gevind dat slegs Y11703 die verwagte diploïede fenotipe getoon het. Terselfdertyd was daar die vraag of die herinvoering van HTZ1 in 'n nul mutant-agtergrond die sel na sy ouerlike ploïdie toestand sou terugvoer. Om dit te ondersoek, is twee HTZ1-herwinningstamme gesintetiseer om die effekte van die bekendstelling van die geen in Y11703 onder sy inheemse promotor en die induseerbare GAL1 promotor waar te neem. Hierdie twee stamme het min afwyking van die vloeisitometrie-data getoon vir Y11703, wat geen aanduiding van enige verlaging in sy DNA-ploïdievlak gewys het nie, maar eerder 'n effense toename in sommige gevalle. Alhoewel dit onverwags is, dra hierdie studie by tot die interessante verwantskap tussen Htz1p en ploïdie veranderings in S. cerevisiae. Meer navorsing is egter nodig om die meganismes onderliggend aan hierdie waarnemings volledig toe te lig. Toekomstige navorsing kan die molekulêre weë wat Htz1p verbind met ploïdie-instandhouding en die impak daarvan op evolusie ondersoek. Om hierdie prosesse te verstaan kan waardevolle kennis en insig in die breër konteks van eukariote aanpassing en spesiasie verskaf.
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2023.