O projeto genoma de Penicillium echinulatum 2HH e S1M29: a genômica viabilizando a descoberta de conhecimento - Lenz, Alexandre Rafael (2020)
Enzimas celulolíticas produzidas por fungos são utilizadas em diversos processos industriais, como a produção de tecidos, papel, alimentos e biocombustíveis. Penicillium echinulatum 2HH é um ascomiceto isolado do trato digestório de larvas de um coleóptero em 1979, também conhecido por seus coquetéis enzimáticos. Para melhorar os rendimentos de sacarificação da biomassa celulósica para exploração comercial, uma estratégia é o design de cepas hipersecretoras de enzimas. No entanto, o conhecimento molecular sobre o sistema celulolítico deste fungo é bastante restrito. No ano de 2013 foi realizado o sequenciamento dos genomas do mutante S1M29 e do parental selvagem 2HH de P. echinulatum. O objetivo desta tese compreendeu a montagem, anotação e depósito dos dois genomas draft em bancos de dados públicos, viabilizando a descoberta de conhecimento a partir de dados genômicos. A descoberta de conhecimento abrangeu uma série de domínios: i) identificação molecular para reposicionamento da espécie; ii) caracterização de mutações acumuladas no mutante S1M29; iii) análises evolucionárias a partir de marcadores gerais e específicos; iv) caracterização de genes de interesse: Enzimas Ativas em Carboidratos (CAZymes), transportadores de açúcares (STs) e fatores de transcrição (TFs); v) construção da rede regulatória de genes (GRN); e vi) identificação de genes-alvo para obtenção de linhagens comerciais. A identificação molecular da linhagem selvagem 2HH e seu reposicionamento na série Oxalica destacam-se pela primordialidade para estudos comparativos com outros microrganismos. O depósito dos genomas draft da linhagem selvagem 2HH e do mutante S1M29 no GenBank possibilita a ampliação do entendimento molecular desse fungo. A análise das mutações acumuladas no mutante S1M29 destacou um amplo conjunto de mutações, evidenciando a enzima BGL2 e o fator de transcrição FlbA que provavelmente contém as principais mutações envolvidas na hiperprodução de celulases. Também identificamos que o fenótipo albino do mutante S1M29 resultou de uma mutação na enzima ALB1, pertencente à via de biossíntese de DHN-melanina. Nossos resultados relacionados às análises evolucionárias hipotetizam uma simbiose mutualística potencial a longo prazo entre P. echinulatum 2HH e Anobium punctatum, cujas interações ambiente-específicas poderiam explicar a diferença na composição gênica em relação à Penicillium oxalicum 114-2. Ademais, a caracterização do CAZyoma de P. echinulatum 2HH demonstra que os genes que constituem o sistema celulolítico são predominantemente ortólogos a P. oxalicum 114-2, incluindo uma monooxigenase da família AA16, descrita pela primeira vez nesses dois fungos. Em seguida, a caracterização do transportoma de açúcares demonstrou a diversidade e especificidade de STs, incluindo oito famílias com especificidade para diferentes grupos de açúcares. Finalmente, a caracterização do TFoma e a inferência das redes regulatórias de genes de P. echinulatum 2HH e P. oxalicum 114-2 compreendem interações regulatórias que abrangem diversos processos biológicos, explorando diversos módulos regulatórios, como CpcA, FF-7, COL-26, AmyR, ClrB, CreA e XlnR. Esta tese contribui fortemente para construção de uma estrutura de suporte para compreensão molecular de P. echinulatum 2HH, revelando características relacionadas à produção de enzimas celulolíticas, captação de açúcares, produção de melanina, composição da parede celular e regulação da expressão gênica desse fungo. O conhecimento de vias regulatórias, aliado à caracterização de CAZymes e STs fornecem instrumentos para concepção de cepas comerciais, possibilitando a utilização de P. echinulatum 2HH para a produção de etanol 2G em larga escala. Finalmente, destacamos P. echinulatum 2HH como um importante aliado biotecnológico para a produção de biocombustíveis, auxiliando na transição energética global [resumo fornecido pelo autor].