Kääbusmutandid

Kääbusmutandid (ρ⁻ / rho⁻) on defektse hingamisahelaga mutandid, kelle fenotüübiks on metsiktüübist väiksemad kolooniad. Kääbusmutandid avastati pärmis S. cerevisiae. Aastal 1953 märkas Boris Ephrussi, et 1-2 koloonial 1000-st oli koloonia diameeter 1/3-1/2 metsiktüübi diameetrist. Kääbusmutatsiooniga pärmi kolooniad on väikesed, kuna neis on blokeeritud hingamisahel, mis toodab efektiivsemalt ATP-d kui kääritamise rada. Seega ei ole petite pärmid võimelised kasutama kasvuks mittefermenteeritavaid süsinikuallikaid nagu näiteks glütserool või etanool. Külvates seega kääbusmutatsiooniga pärmi fermenteeritava süsinikuallikaga (nt glükoos) söötmele, tekivad väiksemad kolooniad kui metsiktüüpi pärmi külvates. Petite fenotüüpi tekitavad mutatsioonid mitokondriaalses genoomis, mitokondrite vähenemine või mutatsioonid nukleaarsetes geenides, mis mõjutavad mitokondri funktsiooni. 
Kääbusmutante on leitud ka bakteritel.
Kääbusmutantide mitokondriaalne genoom koosneb fragmendist metsiktüübi mitokondriaalsest DNA-st (mtDNA-st), mida on amplifitseeritud. Fragmendi pikkus on ca 1% metsiktüübi genoomist ja kordub tandeemselt.

Mitokondriaalne genoom

Metsiktüüpi S. cerevisiae mitokondriaalses DNA-s on 8 erinevat ori järjestust. Iga ori omab RNA polümeraasi promootorit ja 3 GC-boxi: A, B ja C box. Kuna ainult ori2, 3 ja 5 on leitud hüpersupressiivsetest kääbusmutantidest, siis nimetatakse neid aktiivseteks ori-deks ja teisi inaktiivseteks (neis on promootori ala katkestatud insertsioonidega). Varem peeti ori järjestust replikatsiooni "originiks" ehk replikatsiooni initsiatsiooni järjestuseks ja arvati, et ori-de suurem tihedus hüpersupressiivsetel kääbusmutantidel tagab nende eelistatud replitseerimise metsiktüübiga ristamisel. Kuna aga mitmetel kääbusmutantidel pole ori järjestust, suutes samas säilitada mtDNA, siis ei saa neid pidada replikatsiooni "originideks" ja need pole vajalikud mtDNA replikatsiooniks. Küll aga arvatakse, et ilma ori-ta rho⁻ genoomis on ori-sarnased regioonid (oriˢ), mida saab kasutada alternatiivse replikatsiooni initsiatsiooni signaalina.
Samuti pole replikatsiooniks vajalik ka aktiivsetelt ori-delt initsieeritav transkriptsioon ehk RNA praimerite olemasolu. Seda on tõestatud mitokondriaalse RNA polümeraasi deleteerimisega. Küll aga on transkriptsiooni vaja hüpersupressiivsuseks.

Teke

Üheks hüpoteesiks kääbusmutantide tekkemehhanismile on väljalõike ja amplifitseerimise teooria. Väljalõiget amplifitseeritakse tandeemselt ja sellest saab 'kääbusmutandi defektse genoomi ühik.
Kääbusmutandid tekivad ka juhuslikult – ilma mutageneesita (1-2 kolooniat 1000st), kuid tihti võib olla tegemist nukleaarse kääbusmutandiga. Seepärast kasutatakse teadustöödes kääbusmutantide tekitamiseks mutageene, mis mõjutavad peamiselt mitokondriaalset DNAd. Kääbusmutatsiooni võib tekitada erinevate mutageenide toimel, näteks DNA-ga interkaleeruvad ained (etiidiumbromiid) või kemikaalid, mis segavad DNA sünteesi kasvavates rakkudes. Paljud kemikaalid, mis põhjustavad raskesti parandatavaid DNA kahjustusi, tekitavad kääbusmutatsiooni ja on pigem efektiivsemad mittekasvavates rakkudes. Olenevalt mutageeni võimest transporteeruda mitokondrisse ja tema afiinsusest AT-aluspaaridele sõltub, kas mutageen mõjutab mitokondris või tuumas kodeeritud geene. Näiteks saab kasutada hüdrofoobseid interaktsioone]takistavaid kemikaale nagu etanool, isopropanool või naatriumdodetsüülsulfaat ehk SDS. Analoogiad pärmi ja imetajate mitokondrite vahel viitavad pärmi kääbusmutatsiooni põhjustavate mutageenide potentsiaalsele kartsinogeensele toimele.

Tuvastamine

Kääbusmutantide tuvastamiseks kasutatakse tihti ade-mutante. Need pärmi mutandid ei suuda sünteesida adeniini ja peavad kasvama adeniini sisaldaval söötmel. Mutantide adeniini sünteesirajas akumuleerub aine, millest tekib punane pigment. Rho⁻ tüved kasutavad energia saamiseks ainult kääritamisrada ja oksüdatiivse metabolismi puudumise tõttu ei teki punast pigmenti, mistõttu kolooniad jäävad valgeks.