Salinity induced apoptosis in food spoilage yeast Zygosaccharomyces bisporus

*Sharma, A., and Sharma, S. C.

Department of Biochemistry, Panjab University, Chandigarh, 160014, India

*Correspondence to: [email protected]; 9915596237

Abstract:
Background: Food spoilage is one of the most serious challenges in agriculture, and food and beverage industry, which can lead to worldwide food economic loss. The crucial organoleptic species, Zygosaccharomyces bisporus, is a highly resistant yeast fungus that can escape industrial quality check. They survive high salt environments by undergoing immediate programmed cell death (PCD), which plays an important role in mediating adaptive responses to adverse environmental conditions. Production of reactive oxygen species (ROS) prompted by salt stress is an early event in apoptosis, which in later stage is associated with prime genomic degradation.

Methodology: In this study, the tolerance mechanism to salt of Z. bisporus MTCC 4801 cells was investigated by serial dilution of exponential growth phase of the cells in 1.0M sodium chloride (NaCl) as salt stressor, and spotting on Yeast Peptone Dextrose Agar (YPDA) plates with incubation at 28oC for growth assessment and colony count. Transmission electron microscopy (TEM) was used to demonstrate characteristic ultrastructural hallmark features of apoptosis on Z. bisporus cells exposed to 1.0M NaCl at three different stress interval periods; 60, 90, and 120 minutes. Results: Growth of Z. bisporus cells on the YPDA plates was observed after 16 hours incubation period. Comparing the growths, Z. bisporus tolerated salt concentration below 1.0M NaCl but no growth was observed at 1.0M NaCl concentration indicating 1.0M NaCl to be limiting concentration for Z. bisporus growth. TEM analyses showed that treatment of Z. bisporus with 1.0M NaCl resulted in nuclear and cytoplasmic condensation, membrane blabbing, cytoskeletal distortion, and formation of apoptotic bodies. However, on prolonged stress span (90 and 120 minutes), the fungal cells were able to osmoadapt and repaired the damaged cells, resulting in lowering of the apoptotic ratio. Conclusion: These qualitative analyses contribute more insights regarding stress adaptive mechanisms in moderately halotolerant food spoilage yeast.

Key words: Apoptosis, salt stress, food spoilage yeast, TEM, cell survival

Received April 20, 2019; Revised July 30, 2019; Accepted August 3, 2019 Copyright 2020 AJCEM Open Access. This article is licensed and distributed under the terms of the Creative Commons Attrition 4.0 International License (//creativecommmons.org/licenses/by/4.0), which permits unrestricted use, distribution and reproduction in any medium, provided credit is given to the original author(s) and the source.

Apoptose induite par la salinité chez la levure altérant les aliments Zygosaccharomyces bisporus

*Sharma, A., et Sharma, S. C.

Département de biochimie, Université Panjab, Chandigarh, 160014, Inde

*Correspondance à: [email protected]; 9915596237

Abstrait:

Contexte: La détérioration des aliments est l’un des problèmes les plus graves dans l’agriculture et l’industrie de l’alimentation et des boissons, ce qui peut entraîner des pertes économiques dans le monde de l’alimentation. L’espèce organoleptique cruciale, Zygosaccharomyces bisporus, est un champignon de levure très résistant qui peut échapper au contrôle de la qualité industrielle. Ils survivent aux environnements riches en sel en subissant une mort cellulaire programmée (PCD) immédiate, qui joue un rôle important dans la médiation des réponses adaptatives aux conditions environnementales défavorables. La production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) provoquées par le stress salin est un événement précoce de l’apoptose, qui est associé à un stade avancé de dégradation génomique.

Méthodologie: Dans cette étude, le mécanisme de tolérance au sel des cellules MTCC 4801 de Z. bisporus a été étudié par dilution en série de la phase de croissance exponentielle des cellules dans du chlorure de sodium (NaCl) à 1,0M en tant que facteur de stress salin, et par repérage sur la gélose de levure peptone Dextrose Agar (YPDA) avec incubation à 28°C pour l’évaluation de la croissance et le nombre de colonies. La microscopie électronique à transmission (MET) a été utilisée pour démontrer les caractéristiques de l’apoptose ultrastructurales des cellules de Z. bisporus exposées à 1,0M de NaCl à trois périodes d’intervalle de stress différentes; 60, 90 et 120 minutes

Résultats: La croissance des cellules de Z. bisporus sur les plaques de YPDA a été observée après une période d’incubation de 16 heures. En comparant les croissances, une concentration en sel tolérée par Z. bisporus inférieure à 1,0M de NaCl, mais aucune croissance n’a été observée à une concentration de 1,0M en NaCl, ce qui indique que NaCl 1,0M était la concentration limite pour Z. bisporus croissance. Les analyses TEM ont montré que le traitement de Z. bisporus avec 1,0M de NaCl entraînait une condensation nucléaire et cytoplasmique, un blabbing membranaire, une distorsion cytosquelettique et la formation de corps apoptotiques. Cependant, sur une période de stress prolongée (90 et 120 minutes), les cellules fongiques ont pu s’osmoadapter et ont réparé les cellules endommagées, ce qui a entraîné une diminution du rapport apoptotique.

Conclusion: ces analyses qualitatives apportent davantage d’informations sur les mécanismes d’adaptation au stress de la levure altérante modérément halotolérante.

Mots clés: apoptose, stress salin, levure d’altération des aliments, TEM, survie cellulaire

Download full journal in PDF below

Salinity induced apoptosis in food spoilage yeast Zygosaccharomyces bisporus