Analysis of gene expression and production of Cazymes by fungus "Laetiporus sulphureus" ATCC 52600

Orientador: Fabio Marcio SquinaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Abordagens multi-ômicas tais como dados genômicos, transcriptômicos e proteômicos, permitem a identificação de genes, transcritos e proteínas envolvidos em processos adaptativos em microrganismos. Esses estudos, podem auxiliar no desenvolvimento de sistemas enzimáticos com diversas aplicações biotecnológicas, como por exemplo, a degradação de polissacarídeos derivados da biomassa para produção de biocombustíveis. Os fungos, em especial os basidiomicetos, são organismos efetivos na biodegradação da biomassa vegetal, na natureza eles atuam na presença de substratos altamente lignificados e recalcitrantes através da ação de enzimas ativas em carboidratos "Cazymes". Os basidiomicetos de decomposição parda, possuem enzimas envolvidas na degradação dos materiais lignocelulósicos (formado principalmente por celulose, hemicelulose e lignina), juntamente com um mecanismo não enzimático, através da geração de radical hidroxila via reação de Fenton. Neste trabalho genoma, transcriptoma e secretôma do fungo de decomposição parda Laetiporus sulphureus, foram sequenciados e analisados em resposta ao crescimento em meio contendo bagaço de cana-de-açúcar como fonte de carbono. As análises de transcriptoma foram realizadas em dois diferentes tipos de cultivos, líquido e semi-sólido. Um total de 12.802 genes codificadores de proteínas foram anotados, dentre os quais 363 codificam Cazymes. A diversidade de Cazymes identificadas, tais como celulases, hemicelulases e uma série de enzimas oxidativas, fornecem ao fungo as enzimas necessárias para a hidrólise efetiva da biomassa lignocelulósica. A primeira análise transcriptômica em cultivo líquido revelou 231 Cazymes expressas, das quais, 71 foram superexpressas durante o crescimento em bagaço (BIN) em comparação com o controle (T0). Entre as Cazymes altamente expressas em BIN, foram observadas álcool oxidases (AA3) e beta-glicosidases (GH5), e entre as superexpressas em T0 foram identificadas uma variedade de enzimas com atividade oxidativa. Na segunda análise transcriptômica em cultivo semi-sólido, 338 genes codificantes de Cazymes foram transcritos, dos quais destacam-se diversas enzimas consideradas centrais na produção de peróxido de hidrogênio, além de celobiohidrolase (GH7), ?-xilanase (GH10) e endoglucanase (GH5). As enzimas identificadas com maior número de espectros no secretôma corroboram com a abundância de transcritos identificados no transcriptoma em meio semi-sólido. A análise combinada do genoma, transcriptoma e secretôma do fungo L. sulphureus descrita nesse trabalho forneceu uma visão global de sua resposta ao crescimento em diferentes condições de cultivo utilizando bagaço como fonte de carbono. Além disso, o estudo contribuiu para uma melhor compreensão do repertório de enzimas lignocelulolíticas e industrialmente relevantes desse fungoAbstract: Multi-omic approaches such as genomic, transcriptomic and proteomic analysis allow the identification of genes, transcripts and proteins involved in adaptive processes of microorganisms. These studies can assist the development of enzymatic systems with diverse biotechnological applications, such as the degradation of polysaccharides derived from biomass for biofuels production. Fungi, especially basidiomycetes, are effective organisms in plant biomass biodegradation, since in nature they act in the presence of highly lignified and recalcitrant substrates through the action of carbohydrate active enzymes "Cazymes". The brown-rot basidiomycetes produce enzymes involved in the degradation of lignocellulosic materials (mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin), together with non-enzymatic mechanism related with hydroxyl radical generation, via Fenton reaction. In the present study, genome, transcriptome and proteome of the brown-rot fungus Laetiporus sulphureus were sequenced and analyzed in response to growth in medium containing sugarcane bagasse as a carbon source. Transcriptome analyzes were performed on two different types of cultures, liquid and semi-solid media. A total of 12.802 genes coding-proteins were annotated, among which 363 coding Cazymes. The diversity of Cazymes identified, such as cellulases, hemicellulases and a series of oxidative enzymes, provide to the fungus with the necessary proteins for the hydrolysis of lignocellulosic biomass. The first transcriptomic analysis in liquid media revealed 231 Cazymes, from which, 71 were overexpressed during bagasse (BIN) growth compared to control (T0). Among the upregulated Cazymes in BIN, alcohol oxidases (AA3) and beta-glucosidases (GH5) were observed, and among the overexpressed in T0 a variety of enzymes with oxidative activity were identified. In the second transcriptomic analysis of semi-solid culture, 338 Cazymes genes coding were observed, from which several enzymes considered central in the production of hydrogen peroxide, besides cellobiohydrolase (GH7), ?-xylanase (GH10) and endoglucanase (GH5). The enzymes identified with the greatest number of spectra in the secretome corroborate with the abundance of transcripts identified in the transcriptome in semi-solid medium. The combined genome, transcriptome and secretome analysis of the L. sulphureus fungus described in this study provided an overview of its response to growth under different growing conditions. In addition, the study contributed to a better understanding of the repertoire of lignocellulolytic and industrially relevant enzymes of this fungusMestradoBioquimicaMestra em Biologia Funcional e MolecularCAPE