Resumo: Os biocombustíveis são hoje uma das principais alternativas à substituição dos combustíveis fósseis. Considerando que o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar, uma das alternativas propostas é a produção de etanol a partir do bagaço da cana, denominado etanol de segunda geração (2G). Esta tecnologia, entretanto, ainda apresenta algumas limitações econômicas, como o custo elevado dos coquetéis enzimáticos necessários à hidrólise da biomassa lignocelulósica. Neste contexto, espécies do gênero ascomiceto filamentoso Trichoderma desempenham um papel importante por produzirem enzimas que degradam a parede celular vegetal eficientemente, sendo dessa forma, alvos atrativos na indústria biotecnológica. Tendo como condição ancestral o micoparasitismo, espécies desse gênero, tais como Trichoderma atroviride e Trichoderma harzianum, são amplamente utilizadas na agricultura como agentes de biocontrole. Contudo, estudos demonstraram o potencial de T. harzianum em prospectar enzimas hidrolíticas associadas à degradação do substrato lignocelulósico. Dessa forma, uma melhor compreensão dos mecanismos genéticos relacionados ao principal ativador (XYR1) e repressor (CRE1) de celulases e hemicelulases se faz necessária em T. harzianum e, para fins comparativos, na espécie basal T. atroviride. Diante deste cenário, este trabalho teve como objetivo investigar o perfil de expressão gênica relacionado aos fatores de transcrição (FTs) XYR1 e CRE1 em condição de degradação da celulose em T. harzianum (IOC-3844 e CBMAI-0179) e em T. atroviride CBMAI-0020. Para isso, redes de co-expressão gênica foram modeladas para cada linhagem. Inicialmente, a análise filogenética indicou que XYR1 e CRE1 estão amplamente distribuídos dentre os fungos ascomicetos e sugeriu um processo de diferenciação para T. atroviride em relação à T. harzianum. A inferência das redes separou os transcritos em diversos grupos de acordo com o perfil de expressão durante o crescimento em celulose ou em glicose. Portanto, os grupos com os transcritos xyr1 e cre1 foram identificados. Nestes grupos, transcritos codificando enzimas ativas em carboidratos (CAZymes), FTs e transportadores de açúcar e íons, bem como proteínas com função desconhecida, foram co-expressos, porém diferenciando qualitativa e quantitativamente entre as linhagens. Transcritos centrais (hubs) foram identificados e incluíram transcritos ainda não caracterizados ou ainda não descritos como relacionados à degradação da celulose. Além disso, várias vias metabólicas desencadeadas nos grupos xyr1 e cre1 foram identificadas com enriquecimento correspondente ao micoparasitismo em T. atroviride, especialmente associado à CRE1. Nossos resultados sugerem diferentes estratégias utilizadas por Trichoderma spp. relacionadas à XYR1 e CRE1 durante a degradação da celulose. Também foi observado que os transcritos codificando CAZymes referentes à degradação da celulose e da hemicelulose em T. harzianum não são necessariamente co-expressos com os FTs aqui estudados. Tomados em conjunto, nossas descobertas fornecem novos insights sobre os transcritos co-expressos com XYR1 e CRE1 em linhagens de T. harzianum, os quais podem ser alvo de novos estudos para avaliar seu papel na degradação da lignocelulose e ser explorados para a melhoria de coquetéis enzimáticos. Finalmente, nossos resultados podem contribuir para o melhor entendimento dos mecanismos genéticos envolvidos na regulação de enzimas hidrolíticas, expandindo o potencial do uso de T. harzianum em diversas aplicações industriais Ver menos

Abstract: Biofuels are today one of the main alternatives to the replacement of fossil fuels. Brazil is the leading producer of sugarcane; thus, a proposed alternative is the production of ethanol from sugarcane bagasse, known as second-generation ethanol (2G). However, this technology still has some economic limitations, such as the high cost of enzymatic cocktails necessary for the hydrolysis of lignocellulosic biomass. In this context, species in the filamentous ascomycete genus Trichoderma play an important role in producing plant cell wall-degrading enzymes being an attractive target for the biotechnology industry. Having as an ancestral trait the mycoparasitism, species of Trichoderma, such as Trichoderma atroviride and Trichoderma harzianum, are widely used in agriculture as biocontrol agents. Although, studies have demonstrated the potential of T. harzianum in producing a set of enzymes acting efficiently in the saccharification of the lignocellulosic substrate. Thus, a better understanding of genetic mechanisms related to the main activator (XYR1) and repressor (CRE1) of cellulases and hemicellulases is necessary for T. harzianum and, for comparative purposes, in the basal species T. atroviride. In this scenario, this study aimed to investigate the gene expression profile associated to transcription factors (TFs) XYR1 and CRE1 during cellulose degradation for T. harzianum (IOC-3844 and CBMAI-0179) and for T. atroviride CBMAI-0020. For this, gene co-expression networks were modeled for each strain. Initially, phylogenetic analysis indicated that both regulatory proteins are widely distributed among ascomycete fungi and suggested a differentiation process for T. atroviride in relation to T. harzianum. The co-expression network analyses separated the transcripts into several groups according to the expression profile during growth in cellulose or glucose. Groups with xyr1 and cre1 were identified and within them transcripts encoding carbohydrate-active enzymes (CAZymes), TFs and sugar and ion transporters, as well as proteins with unknown function, were co-expressed. Although, qualitatively and quantitatively differences among groups and strains were observed. Core transcripts from these groups (hubs) were identified, and they included transcripts not yet characterized or described as related to cellulose degradation. In addition, several metabolic pathways triggered in xyr1 and cre1 groups have been identified with an enrichment corresponding to mycoparasitism in T. atroviride, especially associated with CRE1. Our results suggest different strategies used by Trichoderma spp. related to XYR1 and CRE1 during cellulose degradation. In addition, it was observed that the transcripts encoding CAZymes associated with cellulose and hemicellulose degradation in T. harzianum are not necessarily co-expressed with the TFs herein studied. Taken together, our findings provide new insights into transcripts co-expressed with XYR1 and CRE1 in T. harzianum strains, which could be the target of new studies to evaluate their role in lignocellulose degradation and that can be exploited for the improvement of enzymatic cocktails. Finally, our results can contribute to a better understanding of the genetic mechanisms involved in hydrolytic enzyme regulation, expanding the potential of T. harzianum in several industrial applications Ver menos