Trichoderma reesei'ye ait bazı enzimlerin üretiminin yenilenebilir karbon kaynağı olarak kullanılan D-ksiloz ve L-arabinoz tarafından baskılanması
Carbon catabolite repression by renewable carbon sources, D-xylose and L-arabinose, in Trichoderma reesei
Yazar: EDA AKEL
Danışman: PROF. DR. NURİYE AKEV
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics
Dizin: Gen ifadesi = Gene expression ; Ksiloz = Xylose ; Metabolizma = Metabolism ; Metabolizma = Metabolism ; Mutasyon = Mutation ; Trichoderma = Trichoderma ; Trichoderma = Trichoderma

Özet:
Trichoderma reesei bitki arabinanı içeren ortamda üreyebilir. Arabinan ve onun parçalanma ürünü L-arabinoz içeren ortamda görülen bu üreme aldoz redüktazın (XYL1) ve L-arabinitol dehidrojenazın (LAD1) kontrolündedir, ksilitol dehidrojenaz (XDH1) ise bu metabolizma yolu için oldukça önemsizdir. Selülaz ve hemiselülaz enzimlerinin genel kontrolünden sorumlu XYR1 geni mutasyona uğratılmış T. reesei suşu, arabinan ve L-arabinoz içeren ortamlarda üreyemez, ancak bu suşun xyl1 geninin konstitutif fazla ekspresyonu ile aşılabilmektedir. T. reesei'nin genomu incelendiğinde arabinanı parçalama özelliğine sahip dört gen tespit edildi: abf1, abf2, abf3 (alfa-L-arabinofuranozidazların ekspresyonundan sorumlu genler) ve bxl1 (beta-ksilozidazın ve bir alfa-L-arabinofuranozidazın ekspresyonundan sorumlu gen). Çalışmamızda bu genlerle yapılan transkripsiyon analizleri sonucunda, kontrol suşunda bütün bu genlerin L-arabinoz tarafından indüklendiği, ancak bu indüksiyonun L-arabinitolde daha düşük seviyede gerçekleştiği, D-glukozun ise bu genler üzerinde hiç bir indükleyici etkisinin bulunmadığı görüldü. L-arabinitolün neden olduğu bu indüksiyonun, L-arabinitol dehidrojenaz geni mutasyona uğratılmış delta lad1 suşunda oldukça güçlü olduğu ve aldoz redüktaz geni mutasyona uğratılmış delta xyl1 suşunda ise azaldığı belirlendi. Elde edilen bu sonuç, L-arabinitol ve XYL1 proteininin alfa-L-arabinofuranozidaz gen ekspresyonu üzerine ortak etkilerini tartışmaya açmaktadır. Selülaz regülatörü xyr1 geni deaktive edilmiş suşta, abf2 ve bxl1 genlerinin indüksiyonuna rastlanmadı ve bu fenotipe sahip suş, xyl1 geninin fazla ekspresyonu ile de eski özelliğine kavuşamadı. xyr1 geninin deaktive edilmesi abf1 ve abf3 genlerinin ekspresyonunu az da olsa etkilemektedir, ancak bu sorun da xyl1 geninin aynı anda fazla ekspresyonu ile aşılmaktadır. Elde edilen bulgular ışığında T. reesei'nin arabinan içeren ortamda üremek için ihtiyaç duyduğu dört alfa-L-arabinofuranozidazın ekspresyonunun, ara basamağında L-arabinitolün yer aldığı metabolizma yolu üzerinden gerçekleştiği sonucuna varılmıştır. Bu metabolizma yolunun ilk enziminin XYL1 olduğu ve abf2 ve bxl1 genlerinin yanısıra XYR1 enziminin fonksiyonuna da ihtiyaç duyduğu saptanmıştır.

Abstract:
Trichoderma reesei can grow on plant arabinans. This growth on arabinan, and its degradation product L-arabinose requires the operation of the aldose reductase (XYL1) and the L-arabinitol dehydrogenase (LAD1), whereas the xylitol dehydrogenase (XDH1) is dispensable. Growth on arabinan and L-arabinose does not occur in a mutant in the general cellulase and hemicellulase regulator XYR1, but this impairment can be overcome by constitutive overexpression of the xyl1. An inspection of the genome of T. reesei reveal four genes capable of degrading arabinan: abf1, abf2, abf3 (genes responsible for alpha-L-arabinosidase expression) and bxl1 (gen responsible for beta-xylosidase and alpha-L-arabinosidase expression). In this study, transcriptional analysis revealed that in the parent strain the expression of all of these genes is induced by L-arabinose and to a lesser extent by L-arabinitol and absent on glucose. Induction by L-arabinitol, however, is strongly enhanced in a L-arabinitol dehydrogenase (deltalad1), and impaired in an aldose reductase (deltaxyl1) strain, suggesting a cross-talk between L-arabinitol and the XYL1protein in expression of the alpha-L-arabinofuranosidase gene expression. Strains bearing a knock-out in the cellulase regulator xyr1 did not show any induction of abf2 and bxl1, and this phenotype could not be reverted by constitutive overexpression of xyl1. Deactivation of xyr1 also had a slight effect on the expression of abf1 and abf3, which was however fully overcome by simultaneous overexpression of xyl1. We conclude that the expression of the four alpha-arabinofuranosidases of T. reesei for growth on arabinan require the pathway intermediate L-arabinitol, the first enzyme of the pathway, is XYL1, and in the case of abf2 and bxl1, the function of XYR1 is also needed.