Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-04T20:38:18Z No. of bitstreams: 1 2018_CaiodeOliveiraGorgulhoSilva.pdf: 18401329 bytes, checksum: a01cc2900007973ba7a6ad8f8130ca03 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-09T17:38:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_CaiodeOliveiraGorgulhoSilva.pdf: 18401329 bytes, checksum: a01cc2900007973ba7a6ad8f8130ca03 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-09T17:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_CaiodeOliveiraGorgulhoSilva.pdf: 18401329 bytes, checksum: a01cc2900007973ba7a6ad8f8130ca03 (MD5) Previous issue date: 2018-07-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF). / Este trabalho teve como objetivo investigar a utilização das frações líquida (licor) e sólida obtidas a partir de tratamento hidrotérmico do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) como fontes de carbono para a produção de holocelulases pelo fungo Aspergillus niger DCFS11. Numa primeira etapa, as condições do tratamento hidrotérmico foram investigadas por meio de análise fatorial visando a utilização dos licores resultantes como substratos para indução de hemicelulases. O tratamento de baixa severidade e utilizando baixa concentração de sólidos (170°C, 30 min, 1 % m/m BCA) foi selecionado como condição ótima devido à alta e rápida indução de xilanases pelo licor resultante. Uma variedade de mono e oligossacarídeos responsáveis pela indução de hemicelulases foi identificada nos licores por métodos analíticos (cromatografia líquida e espectrometria de massas). Numa segunda etapa, secretomas de A. niger cultivado na presença de bagaço in natura (BNT), bagaço tratado (BPT), licor (LIC) e bagaço tratado + licor (BPT+LIC) foram comparados por análise bioquímica e proteômica quantitativa. Os secretomas produzidos nas condições BPT, LIC e BPT+LIC mostraram-se superiores em termos de atividades de holocelulases, termoestabilidade e eficiência na sacarificação enzimática de BCA, além de apresentarem maior abundância de dezenas de celulases, hemicelulases e pectinases em relação ao secretoma produzido na condição BNT. Este trabalho demonstrou o potencial do tratamento hidrotérmico do BCA como ferramenta para aumentar a produção de holocelulases por A. niger, uma vez que gerou substratos menos recalcitrantes para crescimento microbiano na forma de carboidratos solúveis (licor) ou polissacarídeos mais acessíveis nos sólidos tratados. / The goal of this work was to investigate the use of the liquid (liquor) and solid fractions arising from hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse (SCB) as a carbon source for the production of holocellulases by Aspergillus niger. Initially, hydrothermal pretreatment parameters were investigated by factorial design aiming the use of preteatment liquors as a substrate for hemicellulase induction. Pretreatment of low severity and low SCB loading (170 °C, 30 min, 1 % w/w SCB) was selected as the optimum condition due to the high and fast xylanase induction promoted by the resulting liquor. Several mono and oligosaccharides responsible for hemicellulase induction were identified in liquors by analytical methods (liquid chromatography and mass spectrometry). Thereafter, secretomes of A. niger cultivated in the presence of untreated SCB (BNT), pretreated bagasse (BPT), liquor (LIC) and pretreated bagasse + liquor (BPT+LIC) were compared by biochemical and quantitative proteomic analyses. Secretomes produced under conditions BPT, LIC and BPT+LIC were superior to BNT in terms of holocellulase activities, thermostability, efficiency in enzymatic saccharification of SCB. They also provided a greater abundance of dozens of cellulases, hemicellulases and pectinases in comparison to the secretome produced in the presence of BNT. This work demonstrated the potential of hydrothermal treatment of SCB as a tool to increase the production of holocellulases by A. niger, since it generated less recalcitrant substrates for microbial growth in the form of soluble carbohydrates (liquor) or more accessible polysaccharides in pretreated solids.

O fungo filamentoso Trichoderma reesei é um dos principais fungos utilizados para a produção em larga escala de enzimas devido a sua grande capacidade de produção e secreção de holocelulases para aplicação em processos de sacarificação da biomassa vegetal lignocelulósica. Embora o T. reesei seja utilizado como um dos principais produtores de celulases a nível industrial, diversos processos e estudos são realizados com o objetivo de aprimorar o entendimento de todo o mecanismo de degradação de biomassa vegetal além de prover o aumento da eficiência tanto da produção quanto da atividade das celulases. No presente trabalho foi realizado a construção de uma linhagem mutante para o gene cel74a (codificando para uma xiloglucanase) e a caracterização funcional de CEL74A na regulação gênica de holocelulases durante o cultivo em bagaço de cana-de-açúcar. Os nossos resultados mostraram que deleção de cel74a possivelmente pode estar envolvida no sinergismo da regulação da expressão de holocelulases durante o cultivo em bagaço de cana-de-açúcar. A partir da análise do perfil de expressão gênica, foi possível observar a redução na expressão de todos os genes de celulases testados (cel7a, cel7b e cel6a) embora não tenha afetado a atividade enzimática, ao passo que as hemicelulases (xyn1 e xyn2) apresentaram aumento tanto na expressão quanto na atividade enzimática. Na linhagem ?cel74a, foi observado redução na liberação de glicose, xilose e galactose após a hidrólise de xiloglucano. Além disso, a atividade de CEL74A foi modulada na presença de cálcio e pode ser necessária para a atuação mais eficiente de outras enzimas envolvidas na degradação de xiloglucano. Desta forma, em T. reesei, CEL74A apresenta um papel importante tanto na regulação de genes holocelulolíticos quanto para a degradação eficiente de bagaço de cana-de-açúcar, contribuindo para a elucidação de mecanismos pelos quais este fungo utiliza para a utilização do bagaço de cana-de-açúcar como fonte de carbono / The filamentous fungus Trichoderma reesei is one of the main fungi used for the large-scale production of enzymes due to their great capacity of production and secretion of holocellulases for application in saccharification processes of lignocellulosic plant biomass. Although T. reesei is used as one of the main producers of cellulases at industrial level, several processes and studies are carried out with the aim of improving the understanding of the whole plant biomass degradation mechanism, as well as increasing the efficiency of both the production and cellulase activity. In the present work the construction of a mutant lineage for the cel74a gene (coding for a xyloglucanase) and the functional characterization of CEL74A in the gene regulation of holocellulases during the cultivation of sugarcane bagasse were carried out. Our results showed that deletion of cel74a may be involved in the regulation of holocellulase expression during sugarcane bagasse cultivation. From the analysis of the gene expression profile, it was possible to observe the reduction in the expression of all tested cellulase genes (cel7a, cel7b and cel6a), although it did not affect the enzymatic activity, whereas the hemicellulases (xyn1 and xyn2) presented increase in both expression and enzymatic activity. In the ?cel74a strain, a reduction in glucose, xylose and galactose release was observed after xyloglucan hydrolysis. In addition, the activity of CEL74A was modulated in the presence of calcium and may be required for the more efficient performance of other enzymes involved in the degradation of xyloglucan. Thus, in T. reesei, CEL74A plays an important role both in the regulation of holocellulolytic genes and in the efficient degradation of sugarcane bagasse, contributing to the elucidation of mechanisms by which this fungus uses for the use of sugarcane bagasse as source of carbon

O fungo filamentoso Trichoderma reesei é um dos principais fungos utilizados para a produção em larga escala de enzimas devido a sua grande capacidade de produção e secreção de holocelulases para aplicação em processos de sacarificação da biomassa vegetal lignocelulósica. Embora o T. reesei seja utilizado como um dos principais produtores de celulases a nível industrial, diversos processos e estudos são realizados com o objetivo de aprimorar o entendimento de todo o mecanismo de degradação de biomassa vegetal além de prover o aumento da eficiência tanto da produção quanto da atividade das celulases. No presente trabalho foi realizado a construção de uma linhagem mutante para o gene cel74a (codificando para uma xiloglucanase) e a caracterização funcional de CEL74A na regulação gênica de holocelulases durante o cultivo em bagaço de cana-de-açúcar. Os nossos resultados mostraram que deleção de cel74a possivelmente pode estar envolvida no sinergismo da regulação da expressão de holocelulases durante o cultivo em bagaço de cana-de-açúcar. A partir da análise do perfil de expressão gênica, foi possível observar a redução na expressão de todos os genes de celulases testados (cel7a, cel7b e cel6a) embora não tenha afetado a atividade enzimática, ao passo que as hemicelulases (xyn1 e xyn2) apresentaram aumento tanto na expressão quanto na atividade enzimática. Na linhagem ?cel74a, foi observado redução na liberação de glicose, xilose e galactose após a hidrólise de xiloglucano. Além disso, a atividade de CEL74A foi modulada na presença de cálcio e pode ser necessária para a atuação mais eficiente de outras enzimas envolvidas na degradação de xiloglucano. Desta forma, em T. reesei, CEL74A apresenta um papel importante tanto na regulação de genes holocelulolíticos quanto para a degradação eficiente de bagaço de cana-de-açúcar, contribuindo para a elucidação de mecanismos pelos quais este fungo utiliza para a utilização do bagaço de cana-de-açúcar como fonte de carbono / The filamentous fungus Trichoderma reesei is one of the main fungi used for the large-scale production of enzymes due to their great capacity of production and secretion of holocellulases for application in saccharification processes of lignocellulosic plant biomass. Although T. reesei is used as one of the main producers of cellulases at industrial level, several processes and studies are carried out with the aim of improving the understanding of the whole plant biomass degradation mechanism, as well as increasing the efficiency of both the production and cellulase activity. In the present work the construction of a mutant lineage for the cel74a gene (coding for a xyloglucanase) and the functional characterization of CEL74A in the gene regulation of holocellulases during the cultivation of sugarcane bagasse were carried out. Our results showed that deletion of cel74a may be involved in the regulation of holocellulase expression during sugarcane bagasse cultivation. From the analysis of the gene expression profile, it was possible to observe the reduction in the expression of all tested cellulase genes (cel7a, cel7b and cel6a), although it did not affect the enzymatic activity, whereas the hemicellulases (xyn1 and xyn2) presented increase in both expression and enzymatic activity. In the ?cel74a strain, a reduction in glucose, xylose and galactose release was observed after xyloglucan hydrolysis. In addition, the activity of CEL74A was modulated in the presence of calcium and may be required for the more efficient performance of other enzymes involved in the degradation of xyloglucan. Thus, in T. reesei, CEL74A plays an important role both in the regulation of holocellulolytic genes and in the efficient degradation of sugarcane bagasse, contributing to the elucidation of mechanisms by which this fungus uses for the use of sugarcane bagasse as source of carbon