Mecanismo de indução de enzimas despolimerizantes da biomassa vegetal em Myceliophthora thermophila

Abstract

O presente trabalho se propôs a buscar um melhor entendimento dos mecanismos de indução envolvidos na degradação da biomassa lignocelulósica por Myceliophthora thermophila. O capítulo 2 teve como objetivo descrever as similaridades e diferenças entre as linhagens de Myceliophthora thermophila ATCC 46424 e M.7.7 em diferentes substratos lignocelulósicos. O perfil de crescimento e a atividade de enzimas extracelulares demonstraram que ambas as linhagens utilizam mecanismos similares de degradação da biomassa. No entanto, a linhagem ATCC 46424 liberou uma maior quantidade de enzimas nas primeiras horas de crescimento, ao passo que M.7.7 revelou uma dinâmica diferente de secreção de enzimas celulolíticas e hemicelulolíticas. Essa comparação enfatiza a diversidade no sistema regulatório de enzimas lignocelulolíticas em diferentes linhagens da mesma espécie, o que pode estar relacionado com a adaptação do fungo em diferentes biótopos. No capítulo 3 o fungo Myceliophthora thermophila M.7.7 foi cultivado em quatro diferentes fontes de carbono facilmente metabolizáveis sem agitação e o efeito de diferentes concentrações das mesmas foi avaliado na síntese de celulases, proteínas totais, consumo de açúcar e crescimento da biomassa ao longo do tempo de cultivo. A lactose foi considerada ser um indutor promissor para a síntese de celulases na concentração de 1,5%. O capítulo 4 teve como objetivo compreender os mecanismos de indução à nível molecular através da deleção do fator de transcrição xyr1 em Myceliophthora thermophila C1. O perfil de crescimento do mutante foi drasticamente reduzido em xilose e xilano, e parcialmente em arabinose. A abordagem de RNA-seq foi utilizada para estudar o efeito da deleção de xyr1 nos níveis de transcrição dos genes que codificam enzimas ativas de carboidratos (CAZymes). A análise do transcriptoma das linhagens selvagem e mutante em glicose, xilose, arabinose e arabinoxilano, permitiu a identificação de genes celulolíticos e hemicelulolíticos que estão sob controle de xyr1. Além disso, genes envolvidos na via catabólica de pentose e na via das pentoses-fosfato tiveram sua expressão drasticamente reduzida na linhagem mutante, sugerindo que estes genes também estão sob controle de xyr1. A regulação do sistema xilanolítico de Myceliophthora thermophila pode estar envolvida em uma rede complexa de fatores de transcrição.

The present work focused on a better understanding of the induction mechanisms involved in plant cell wall degrading enzymes in Myceliophthora thermophila. The Chapter 2 describes similarities and differences between the Myceliophthora thermophila ATCC 46424 and M.7.7 strains in different lignocellulosic substrates. The growth profile and the activity of extracellular enzymes demonstrated that both strains use similar mechanisms to degrade biomass. However, ATCC 46424 secreted a greater amount of enzymes in the first few hours of growth, whereas M.7.7 revealed a different dynamics of secretion of cellulolytic and hemicellulolytic enzymes. This comparison emphasizes the diversity of the (hemi-) cellulolytic regulatory system in different strains of the same species, which might be related to the adaptation of the fungus to their different biotopes. In the Chapter 3, the strain Myceliophthora thermophila M.7.7 was cultivated in four different easily metabolized carbon sources and the effect of different concentrations of them was evaluated in the synthesis of cellulases, total proteins, sugar consumption and biomass growth over time cultivation. Lactose was considered to be a promising inducer for the synthesis of cellulases at the concentration of 1.5%. The Chapter 4 aimed to understand the induction mechanisms at the molecular level by deleting the transcription factor xyr1 in Myceliophthora thermophila C1. Growth phenotype analysis of the mutant strain revealed a severely reduced growth on D-xylose and birchwood xylan and partially in arabinose. RNA-seq was used to study the effect of the xyr1 deletion on transcripts levels of genes encoding Carbohydrate Active enzymes (CAZymes). The transcriptome analysis of the wild type and mutant strains cultivated in glucose, xylose, arabinose and arabinoxylan allowed the identification of cellulolytic and hemicellulolytic genes that are under xyr1 control. In addition, genes involved in the pentose catabolic pathway and in the pentose phosphate pathway were drastically reduced in the mutant, suggesting that these genes are also under xyr1 control. The regulation of the xylanolytic system of Myceliophthora thermophila might be involved in a complex network of transcription factors.