O metabolismo da quitina em fungos envolve diversos processos, tais como a manutenção da parede celular metabolicamente ativa, a nutrição básica e também diferentes aspectos da virulência. Quitinases são enzimas pertencentes às famílias 18 e 19 das glicosil hidrolases (GH18 e GH19) e são responsáveis pela hidrólise das ligações β-1,4 da quitina. Este homopolímero linear composto de unidades de N-acetil-glicosamina é um componente essencial da parede celular de fungos e do exoesqueleto de artrópodes. Inúmeras quitinases foram atribuídas a atividades estruturais, morfogênicas, autolíticas e nutricionais em células fúngicas. No entomopatógeno Metarhizium anisopliae, as quitinases também estão envolvidas na virulência. Os genomas de fungos filamentosos exibem um número maior de genes que codificam para quitinases do que os genomas de bactérias ou de leveduras. Uma busca realizada no genoma de M. anisopliae identificou 24 genes que pertencem à família 18 das glicosil hidrolases, incluindo os três genes que codificam quitinases previamente determinados e nomeados de chit1, chi2 e chi3. Essas quitinases putativas foram classificadas, com base na organização de seus domínios e em análises filogenéticas, nos subgrupos previamente descritos A, B e C e em um novo subgrupo D. Além disso, três outras proteínas GH18 puderam ser classificadas como endo-N-acetil-glicosaminidases putativas, enzimas que estão associadas com deglicosilação e foram, portanto, classificadas em um novo subgrupo E. O perfil transcricional dos genes GH18 foi avaliado por qPCR utilizando RNA extraído de oito diferentes condições de cultivo, representando diferentes estágios de desenvolvimento ou diferentes estados nutricionais. Esses transcritos dos genes GH18 foram detectados em pelo menos um dos diferentes estágios de desenvolvimento de M. anisopliae validando, portanto, os genes propostos. Nem todos os membros de um mesmo subgrupo apresentaram padrões iguais de expressão sob as diferentes condições. A determinação das quitinases e ENGases de M. anisopliae e um estudo mais detalhado envolvendo o papel dessas enzimas em funções morfológicas ou nutricionais irá permitir um entendimento mais amplo do potencial quitinolítico deste fungo entomopatogênico altamente infectivo. Com o objetivo de avançar no estudo das quitinases de M. anisopliae, vetores para a construção de mutantes nulos para os quatro genes de quitinases do sgC foram gerados e, utilizando a metodologia de agrotransformação para fungos, linhagens transformantes foram obtidas. Análises genéticas e fenotípicas múltiplas serão realizadas para avaliar as alterações induzidas pelos mutantes de quitinases do sgC. / Fungal chitin metabolism involves diverse processes such as metabolically active cell wall maintenance, basic nutrition, and different aspects of virulence. Chitinases are enzymes belonging to the glycoside hydrolase family 18 (GH18) and 19 (GH19) and are responsible for the hydrolysis of β-1,4-linkages in chitin. This linear homopolymer of N-acetyl-β-Dglucosamine is an essential constituent of fungal cell walls and arthropod exoskeletons. Several chitinases have been directly implicated in structural, morphogenetic, autolytic and nutritional activities of fungal cells. In the entomopathogen Metarhizium anisopliae, chitinases are also involved in virulence. Filamentous fungi genomes exhibit a higher number of chitinase-coding genes than bacteria or yeasts. The survey performed in the M. anisopliae genome has successfully identified 24 genes belonging to glycoside hydrolase family 18, including three previously experimentally determined chitinase-coding genes named chit1, chi2 and chi3. These putative chitinases were classified based on domain organization and phylogenetic analysis into the previously described A, B and C chitinase subgroups, and into a new subgroup D. Moreover, three GH18 proteins could be classified as putative endo-N-acetyl-β-D-glucosaminidases, enzymes that are associated with deglycosylation and were therefore assigned to a new subgroup E. The transcriptional profile of the GH18 genes was evaluated by qPCR with RNA extracted from eight culture conditions, representing different stages of development or different nutritional states. The transcripts from the GH18 genes were detected in at least one of the different M. anisopliae developmental stages, thus validating the proposed genes. Moreover, not all members from the same chitinase subgroup presented equal patterns of transcript expression under the eight distinct conditions studied. The determination of M. anisopliae chitinases and ENGases and a more detailed study concerning the enzymes' roles in morphological or nutritional functions will allow comprehensive insights into the chitinolytic potential of this highly infective entomopathogenic fungus. In order to proceed on the study of M. anisopliae chitinases, four vectors to sgC chitinases single gene knockouts were developed by using Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation, and a few mutant strains were recovered. Multiple phenotypic and genetic analyses will be performed to evaluate the modifications induced by sgC chitinase gene mutant strains after their validation.

Metarhizium anisopliae é considerado um organismo modelo para estudos relacionados com interações entre artrópodes e microrganismos. Durante estas interações ocorre a secreção de várias proteínas, incluindo enzimas hidrolíticas que degradam a cutícula do hospedeiro durante a etapa de penetração. As quitinases de Metarhizium vêm sendo alvo de muitos estudos, pois além de participar da degradação da cutícula, estas enzimas têm funções importantes na biologia do fungo, participando do remodelamento da parede celular. Este trabalho teve como objetivo identificar proteínas secretadas diferencialmente expressas durante o cultivo do fungo, em condições que mimetizam a interação com o hospedeiro e validar as quitinases propostas pela análise in silico do projeto genoma de M. anisopliae. Sobrenadantes de culturas do fungo na presença de glicose, quitina cristalina e N-acetilglicosamina foram analisados utilizando eletroforese uni e bidimensional seguida de análise por espectrometria de massas (MS). Através de comparação com bancos de dados (NCBI e proteínas preditas de M. anisopliae) identificamos 38 proteínas, das quais quatro são quitinases: a quitinase CHIT30 (chi3), a quitinase CHIT42 (chit1) e duas quitinases preditas pela análise in silico, as quitinases B4 e D1. Estas análises permitiram identificar algumas proteínas secretadas ainda não descritas para Metarhizium e validar duas novas quitinases. / Metarhizium anisopliae is considered a model organism for studies concerning interactions between arthropods and microorganisms. During these interactions the secretion of several proteins occurs, including hydrolytic enzymes that degrade the host cuticle during the penetration stage. Metarhizium chitinases have been the target of many studies, because, besides participating in the degradation of the cuticle, these enzymes have important functions in the biology of the fungus participating in the remodeling of the cell wall. This work aimed to identify secreted proteins differentially expressed during the growth of the fungus under conditions that mimic the interaction with the host, and to validate the chitinases proposed by in silico analysis of the M. anisopliae genome project. Supernantants from cultures of the fungus in the presence of glucose, crystalline chitin and N-acetylglucosamine were analyzed using one and twodimensional gel electrophoresis followed by analysis by mass spectrometry (MS). Trough comparison with databases (NCBI and predicted proteins of M. anisopliae) we identified 38 proteins, four of which are chitinases: chitinase CHIT30 (chi3), chitinase CHIT42 (chit1) and two chitinases predicted by in silico analysis, chitinases B4 and D1. This analysis allowed the identification of some undescribed proteins secreted by Metarhizium and validated two new chitinases.

O fungo entomopatogênico e acaricida Metarhizium anisopliae é patógeno de uma vasta gama de insetos, sendo extensivamente utilizado em experimentos, bem como, no controle efetivo de alguns insetos-praga. Seu potencial uso para o controle de carrapatos como Boophilus microplus é também considerável. O processo de infecção de M. anisopliae é o melhor caracterizado entre os fungos entomopatogênicos, e combina pressão mecânica, por diferenciação do apressório, síntese e secreção de enzimas hidrolíticas altamente reguladas como proteases e, provavelmente, quitinases e lipases. As quitinases em fungos também são importantes em processos que requerem digestão celular, como germinação, crescimento e ramificação das hifas e autólise, visto que a quitina é o maior constituinte da parede celular desses organismos, sendo um sistema altamente regulado. Objetivamos neste trabalho, obter mais informações sobre o sistema quitinolitico do fungo M. anisopliae var. anisopliae linhagem E6 durante o processo de infecção do hospedeiro ou na morfogênese e crescimento. Com o objetivo de analisarmos o gene chi2 de M. anisopliae E6, clonamos e caracterizamos sua seqüência genômica, incluindo a região flanqueadora 5’. O gene chi2 é interrompido por dois pequenos íntrons típicos, de 210 pb e 75 pb, respectivamente. A ORF do gene chi2 apresenta 1.545 pb e codifica uma proteína predita de 419 aminoácidos (denominada CHI2), com massa molecular estimada de 44 kDa. Um peptídeo sinal característico com sítio de clivagem no aminoácido V19 está presente. A forma madura dessa proteína tem uma massa molecular estimada de 42 kDa e um pI teórico de 4,8. Análise por Southern de DNA genômico indica cópia única de chi2 no genoma de M. anisopliae. A seqüência de consenso SXGG, correspondendo ao sítio de ligação à quitina, foi identificada e a seqüência NGFDFDIE, que compõem o domínio catalítico de quitinases, está presente em CHI2. A construção de uma árvore filogenética determinou que a quitinase CHI2 pertence a um grupo diferente daquele da CHIT42 a qual provavelmente não está envolvida na patogenicidade. Uma análise in sílico da seqüência 5’ franqueadora do gene chi2 para determinação de possíveis elementos regulatórios foi efetuada. A regulação da transcrição dos genes chit1 e chi2 em M. ansisoplaie frente a diferentes fontes de carbono e em diferentes tempos de cultivo foi analisada. Os genes chit1 e chi2 apresentaram uma expressão tardia no fungo, a partir de 30 horas. O gene chi2 foi expresso majoritariamente em cultivos com quitina e sua expressão foi reprimida por glicose. O gene chit1 foi induzido em presença de fontes de carbono facilmente assimiláveis, como glicose e NAcGlc. Ambos os genes, chit1 e chi2, apresentaram alta expressão quando a fonte de carbono já estava exaurida e o fungo estava em autólise, sugerindo o requerimento dessas enzimas nessa fase. O cDNA do chit1 foi inserido em um vetor de expressão, em ambas orientações senso e antisenso, sob regulação do promotor do gene tef1α de M. anisopliae e o terminador do gene trpC de A. nidulans. Os transformantes com o gene chit1 na orientação senso mostraram superexpressão de atividade de quitinase e o transformante com o gene na orientação antisenso apresentou uma redução na atividade de quitinase. Também construímos quatro deleções na região flanqueadora 5’ do gene chit1 fusionadas com a proteína repórter SGFP, para localizar seqüências reguladoras no promotor e, destas construções, três foram transformadas em M. anisopliae.

O metabolismo da quitina em fungos envolve diversos processos, tais como a manutenção da parede celular metabolicamente ativa, a nutrição básica e também diferentes aspectos da virulência. Quitinases são enzimas pertencentes às famílias 18 e 19 das glicosil hidrolases (GH18 e GH19) e são responsáveis pela hidrólise das ligações β-1,4 da quitina. Este homopolímero linear composto de unidades de N-acetil-glicosamina é um componente essencial da parede celular de fungos e do exoesqueleto de artrópodes. Inúmeras quitinases foram atribuídas a atividades estruturais, morfogênicas, autolíticas e nutricionais em células fúngicas. No entomopatógeno Metarhizium anisopliae, as quitinases também estão envolvidas na virulência. Os genomas de fungos filamentosos exibem um número maior de genes que codificam para quitinases do que os genomas de bactérias ou de leveduras. Uma busca realizada no genoma de M. anisopliae identificou 24 genes que pertencem à família 18 das glicosil hidrolases, incluindo os três genes que codificam quitinases previamente determinados e nomeados de chit1, chi2 e chi3. Essas quitinases putativas foram classificadas, com base na organização de seus domínios e em análises filogenéticas, nos subgrupos previamente descritos A, B e C e em um novo subgrupo D. Além disso, três outras proteínas GH18 puderam ser classificadas como endo-N-acetil-glicosaminidases putativas, enzimas que estão associadas com deglicosilação e foram, portanto, classificadas em um novo subgrupo E. O perfil transcricional dos genes GH18 foi avaliado por qPCR utilizando RNA extraído de oito diferentes condições de cultivo, representando diferentes estágios de desenvolvimento ou diferentes estados nutricionais. Esses transcritos dos genes GH18 foram detectados em pelo menos um dos diferentes estágios de desenvolvimento de M. anisopliae validando, portanto, os genes propostos. Nem todos os membros de um mesmo subgrupo apresentaram padrões iguais de expressão sob as diferentes condições. A determinação das quitinases e ENGases de M. anisopliae e um estudo mais detalhado envolvendo o papel dessas enzimas em funções morfológicas ou nutricionais irá permitir um entendimento mais amplo do potencial quitinolítico deste fungo entomopatogênico altamente infectivo. Com o objetivo de avançar no estudo das quitinases de M. anisopliae, vetores para a construção de mutantes nulos para os quatro genes de quitinases do sgC foram gerados e, utilizando a metodologia de agrotransformação para fungos, linhagens transformantes foram obtidas. Análises genéticas e fenotípicas múltiplas serão realizadas para avaliar as alterações induzidas pelos mutantes de quitinases do sgC. / Fungal chitin metabolism involves diverse processes such as metabolically active cell wall maintenance, basic nutrition, and different aspects of virulence. Chitinases are enzymes belonging to the glycoside hydrolase family 18 (GH18) and 19 (GH19) and are responsible for the hydrolysis of β-1,4-linkages in chitin. This linear homopolymer of N-acetyl-β-Dglucosamine is an essential constituent of fungal cell walls and arthropod exoskeletons. Several chitinases have been directly implicated in structural, morphogenetic, autolytic and nutritional activities of fungal cells. In the entomopathogen Metarhizium anisopliae, chitinases are also involved in virulence. Filamentous fungi genomes exhibit a higher number of chitinase-coding genes than bacteria or yeasts. The survey performed in the M. anisopliae genome has successfully identified 24 genes belonging to glycoside hydrolase family 18, including three previously experimentally determined chitinase-coding genes named chit1, chi2 and chi3. These putative chitinases were classified based on domain organization and phylogenetic analysis into the previously described A, B and C chitinase subgroups, and into a new subgroup D. Moreover, three GH18 proteins could be classified as putative endo-N-acetyl-β-D-glucosaminidases, enzymes that are associated with deglycosylation and were therefore assigned to a new subgroup E. The transcriptional profile of the GH18 genes was evaluated by qPCR with RNA extracted from eight culture conditions, representing different stages of development or different nutritional states. The transcripts from the GH18 genes were detected in at least one of the different M. anisopliae developmental stages, thus validating the proposed genes. Moreover, not all members from the same chitinase subgroup presented equal patterns of transcript expression under the eight distinct conditions studied. The determination of M. anisopliae chitinases and ENGases and a more detailed study concerning the enzymes' roles in morphological or nutritional functions will allow comprehensive insights into the chitinolytic potential of this highly infective entomopathogenic fungus. In order to proceed on the study of M. anisopliae chitinases, four vectors to sgC chitinases single gene knockouts were developed by using Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation, and a few mutant strains were recovered. Multiple phenotypic and genetic analyses will be performed to evaluate the modifications induced by sgC chitinase gene mutant strains after their validation.

Metarhizium anisopliae é considerado um organismo modelo para estudos relacionados com interações entre artrópodes e microrganismos. Durante estas interações ocorre a secreção de várias proteínas, incluindo enzimas hidrolíticas que degradam a cutícula do hospedeiro durante a etapa de penetração. As quitinases de Metarhizium vêm sendo alvo de muitos estudos, pois além de participar da degradação da cutícula, estas enzimas têm funções importantes na biologia do fungo, participando do remodelamento da parede celular. Este trabalho teve como objetivo identificar proteínas secretadas diferencialmente expressas durante o cultivo do fungo, em condições que mimetizam a interação com o hospedeiro e validar as quitinases propostas pela análise in silico do projeto genoma de M. anisopliae. Sobrenadantes de culturas do fungo na presença de glicose, quitina cristalina e N-acetilglicosamina foram analisados utilizando eletroforese uni e bidimensional seguida de análise por espectrometria de massas (MS). Através de comparação com bancos de dados (NCBI e proteínas preditas de M. anisopliae) identificamos 38 proteínas, das quais quatro são quitinases: a quitinase CHIT30 (chi3), a quitinase CHIT42 (chit1) e duas quitinases preditas pela análise in silico, as quitinases B4 e D1. Estas análises permitiram identificar algumas proteínas secretadas ainda não descritas para Metarhizium e validar duas novas quitinases. / Metarhizium anisopliae is considered a model organism for studies concerning interactions between arthropods and microorganisms. During these interactions the secretion of several proteins occurs, including hydrolytic enzymes that degrade the host cuticle during the penetration stage. Metarhizium chitinases have been the target of many studies, because, besides participating in the degradation of the cuticle, these enzymes have important functions in the biology of the fungus participating in the remodeling of the cell wall. This work aimed to identify secreted proteins differentially expressed during the growth of the fungus under conditions that mimic the interaction with the host, and to validate the chitinases proposed by in silico analysis of the M. anisopliae genome project. Supernantants from cultures of the fungus in the presence of glucose, crystalline chitin and N-acetylglucosamine were analyzed using one and twodimensional gel electrophoresis followed by analysis by mass spectrometry (MS). Trough comparison with databases (NCBI and predicted proteins of M. anisopliae) we identified 38 proteins, four of which are chitinases: chitinase CHIT30 (chi3), chitinase CHIT42 (chit1) and two chitinases predicted by in silico analysis, chitinases B4 and D1. This analysis allowed the identification of some undescribed proteins secreted by Metarhizium and validated two new chitinases.

O fungo entomopatogênico e acaricida Metarhizium anisopliae é patógeno de uma vasta gama de insetos, sendo extensivamente utilizado em experimentos, bem como, no controle efetivo de alguns insetos-praga. Seu potencial uso para o controle de carrapatos como Boophilus microplus é também considerável. O processo de infecção de M. anisopliae é o melhor caracterizado entre os fungos entomopatogênicos, e combina pressão mecânica, por diferenciação do apressório, síntese e secreção de enzimas hidrolíticas altamente reguladas como proteases e, provavelmente, quitinases e lipases. As quitinases em fungos também são importantes em processos que requerem digestão celular, como germinação, crescimento e ramificação das hifas e autólise, visto que a quitina é o maior constituinte da parede celular desses organismos, sendo um sistema altamente regulado. Objetivamos neste trabalho, obter mais informações sobre o sistema quitinolitico do fungo M. anisopliae var. anisopliae linhagem E6 durante o processo de infecção do hospedeiro ou na morfogênese e crescimento. Com o objetivo de analisarmos o gene chi2 de M. anisopliae E6, clonamos e caracterizamos sua seqüência genômica, incluindo a região flanqueadora 5’. O gene chi2 é interrompido por dois pequenos íntrons típicos, de 210 pb e 75 pb, respectivamente. A ORF do gene chi2 apresenta 1.545 pb e codifica uma proteína predita de 419 aminoácidos (denominada CHI2), com massa molecular estimada de 44 kDa. Um peptídeo sinal característico com sítio de clivagem no aminoácido V19 está presente. A forma madura dessa proteína tem uma massa molecular estimada de 42 kDa e um pI teórico de 4,8. Análise por Southern de DNA genômico indica cópia única de chi2 no genoma de M. anisopliae. A seqüência de consenso SXGG, correspondendo ao sítio de ligação à quitina, foi identificada e a seqüência NGFDFDIE, que compõem o domínio catalítico de quitinases, está presente em CHI2. A construção de uma árvore filogenética determinou que a quitinase CHI2 pertence a um grupo diferente daquele da CHIT42 a qual provavelmente não está envolvida na patogenicidade. Uma análise in sílico da seqüência 5’ franqueadora do gene chi2 para determinação de possíveis elementos regulatórios foi efetuada. A regulação da transcrição dos genes chit1 e chi2 em M. ansisoplaie frente a diferentes fontes de carbono e em diferentes tempos de cultivo foi analisada. Os genes chit1 e chi2 apresentaram uma expressão tardia no fungo, a partir de 30 horas. O gene chi2 foi expresso majoritariamente em cultivos com quitina e sua expressão foi reprimida por glicose. O gene chit1 foi induzido em presença de fontes de carbono facilmente assimiláveis, como glicose e NAcGlc. Ambos os genes, chit1 e chi2, apresentaram alta expressão quando a fonte de carbono já estava exaurida e o fungo estava em autólise, sugerindo o requerimento dessas enzimas nessa fase. O cDNA do chit1 foi inserido em um vetor de expressão, em ambas orientações senso e antisenso, sob regulação do promotor do gene tef1α de M. anisopliae e o terminador do gene trpC de A. nidulans. Os transformantes com o gene chit1 na orientação senso mostraram superexpressão de atividade de quitinase e o transformante com o gene na orientação antisenso apresentou uma redução na atividade de quitinase. Também construímos quatro deleções na região flanqueadora 5’ do gene chit1 fusionadas com a proteína repórter SGFP, para localizar seqüências reguladoras no promotor e, destas construções, três foram transformadas em M. anisopliae.

O metabolismo da quitina em fungos envolve diversos processos, tais como a manutenção da parede celular metabolicamente ativa, a nutrição básica e também diferentes aspectos da virulência. Quitinases são enzimas pertencentes às famílias 18 e 19 das glicosil hidrolases (GH18 e GH19) e são responsáveis pela hidrólise das ligações β-1,4 da quitina. Este homopolímero linear composto de unidades de N-acetil-glicosamina é um componente essencial da parede celular de fungos e do exoesqueleto de artrópodes. Inúmeras quitinases foram atribuídas a atividades estruturais, morfogênicas, autolíticas e nutricionais em células fúngicas. No entomopatógeno Metarhizium anisopliae, as quitinases também estão envolvidas na virulência. Os genomas de fungos filamentosos exibem um número maior de genes que codificam para quitinases do que os genomas de bactérias ou de leveduras. Uma busca realizada no genoma de M. anisopliae identificou 24 genes que pertencem à família 18 das glicosil hidrolases, incluindo os três genes que codificam quitinases previamente determinados e nomeados de chit1, chi2 e chi3. Essas quitinases putativas foram classificadas, com base na organização de seus domínios e em análises filogenéticas, nos subgrupos previamente descritos A, B e C e em um novo subgrupo D. Além disso, três outras proteínas GH18 puderam ser classificadas como endo-N-acetil-glicosaminidases putativas, enzimas que estão associadas com deglicosilação e foram, portanto, classificadas em um novo subgrupo E. O perfil transcricional dos genes GH18 foi avaliado por qPCR utilizando RNA extraído de oito diferentes condições de cultivo, representando diferentes estágios de desenvolvimento ou diferentes estados nutricionais. Esses transcritos dos genes GH18 foram detectados em pelo menos um dos diferentes estágios de desenvolvimento de M. anisopliae validando, portanto, os genes propostos. Nem todos os membros de um mesmo subgrupo apresentaram padrões iguais de expressão sob as diferentes condições. A determinação das quitinases e ENGases de M. anisopliae e um estudo mais detalhado envolvendo o papel dessas enzimas em funções morfológicas ou nutricionais irá permitir um entendimento mais amplo do potencial quitinolítico deste fungo entomopatogênico altamente infectivo. Com o objetivo de avançar no estudo das quitinases de M. anisopliae, vetores para a construção de mutantes nulos para os quatro genes de quitinases do sgC foram gerados e, utilizando a metodologia de agrotransformação para fungos, linhagens transformantes foram obtidas. Análises genéticas e fenotípicas múltiplas serão realizadas para avaliar as alterações induzidas pelos mutantes de quitinases do sgC. / Fungal chitin metabolism involves diverse processes such as metabolically active cell wall maintenance, basic nutrition, and different aspects of virulence. Chitinases are enzymes belonging to the glycoside hydrolase family 18 (GH18) and 19 (GH19) and are responsible for the hydrolysis of β-1,4-linkages in chitin. This linear homopolymer of N-acetyl-β-Dglucosamine is an essential constituent of fungal cell walls and arthropod exoskeletons. Several chitinases have been directly implicated in structural, morphogenetic, autolytic and nutritional activities of fungal cells. In the entomopathogen Metarhizium anisopliae, chitinases are also involved in virulence. Filamentous fungi genomes exhibit a higher number of chitinase-coding genes than bacteria or yeasts. The survey performed in the M. anisopliae genome has successfully identified 24 genes belonging to glycoside hydrolase family 18, including three previously experimentally determined chitinase-coding genes named chit1, chi2 and chi3. These putative chitinases were classified based on domain organization and phylogenetic analysis into the previously described A, B and C chitinase subgroups, and into a new subgroup D. Moreover, three GH18 proteins could be classified as putative endo-N-acetyl-β-D-glucosaminidases, enzymes that are associated with deglycosylation and were therefore assigned to a new subgroup E. The transcriptional profile of the GH18 genes was evaluated by qPCR with RNA extracted from eight culture conditions, representing different stages of development or different nutritional states. The transcripts from the GH18 genes were detected in at least one of the different M. anisopliae developmental stages, thus validating the proposed genes. Moreover, not all members from the same chitinase subgroup presented equal patterns of transcript expression under the eight distinct conditions studied. The determination of M. anisopliae chitinases and ENGases and a more detailed study concerning the enzymes' roles in morphological or nutritional functions will allow comprehensive insights into the chitinolytic potential of this highly infective entomopathogenic fungus. In order to proceed on the study of M. anisopliae chitinases, four vectors to sgC chitinases single gene knockouts were developed by using Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation, and a few mutant strains were recovered. Multiple phenotypic and genetic analyses will be performed to evaluate the modifications induced by sgC chitinase gene mutant strains after their validation.

Metarhizium anisopliae é um fungo filamentoso entomopatogênico muito versátil que infecta, aproximadamente, 300 espécies de artrópodes, e também é adaptado à vida na rizosfera de plantas, sendo de extrema importância para o controle biológico de pragas na agricultura e pecuária. De acordo com o comportamento promíscuo desse fungo, pesquisadores têm identificado um grande número de genes relacionados à interação com o hospedeiro, e que são regulados de acordo com a sua indução. Em sua maioria, são genes que codificam para enzimas hidrolíticas. O número e a diversidade desses genes podem ser a chave para a habilidade desse patógeno em infectar uma larga variedade de artrópodes, podendo expressar genes diferentemente para cada tipo de hospedeiro. M. anisopliae secreta, entre outros, complexos quitinolítico e proteolítico para a degradação da quitina e proteínas presentes na cutícula do hospedeiro.Desse modo, o estudo da regulação dessas enzimas é de fundamental importância para o entendimento do processo de infecção; sendo assim, através desse trabalho foi observada e analisada a especialização na expressão de proteínas, especialmente de quitinases e proteases, secretadas por uma linhagem selvagem de M. anisopliae, na presença de cutículas de diferentes artrópodes, particularmente, de Dysdercus peruvianus, Boophilus microplus, Anticarsia gemmatalis e de quitina cristalina, através de ensaios de detecção enzimática e eletroforese uni e bidimensional. Em todos os experimentos, variando-se as condições de fonte de carbono e tempo de cultivo, a secreção de proteínas se mostrou altamente diferenciada, demonstrando comportamento diferencial do fungo a vários hospedeiros, o que seria um sinal da versatilidade do entomopatógeno, aqui estudado, para a capacidade de infectar centenas de hospedeiros. / Metarhizium anisopliae is a very versatile entomopathogenic filamentous fungus that infects, approximately, 300 species of arthropods, and is also adapted to the life in the rhizosphere of plants, being of extreme importance for the biological control of pests in agriculture and pecuary. In accordance with this promiscuous behavior of this fungus, researchers have identified a great number of genes related to the interaction with the host, and that they are regulated in accordance with its induction. In their majority, these genes encode for hydrolytic enzymes. The diversity of these genes can be the key for the ability of this pathogen in infect a wide variety of arthropods, being able to differently express genes for each type of host. M. anisopliae secretes chitinolytic and proteolytic complexes for the degradation of the chitin and proteins present in the cuticle of the host. In this way, the study of the regulation of these enzymes is of up fundamental importance for the understanding of the infection process. Through this research, the specialization in the expression of proteins, especially chitinases and proteases, secreted by a wild strain of M. anisopliae, in the presence of cuticles of different arthropods, particularly, of Dysdercus peruvianus, Boophilus microplus, Anticarsia gemmatalis and crystalline chitin, was observed and analyzed through enzymatic assays and one- and two-dimensional electrophoresis. In all the experiments, the conditions of the carbon source and time of culture, the protein secretion showed highly differentiated, demonstrating distinguishing fungus behavior to various hosts, which would be a sign of the versatility of this entomopathogen for the capacity of infecting hundreds of hosts.

Para infectar seus hospedeiros artrópodes, Metarhizium anisopliae produz uma série de enzimas hidrolíticas e diversas alterações morfológicas como a formação de estruturas denominadas de apressórios e blastosporos. Estas estruturas de infecção representam estágios cruciais de penetração e disseminação no inseto hospedeiro, respectivamente. Além disso, o apressório é uma estrutura conservada entre fungos entomopatogênicos e fitopatogênicos. O gene emp1 (codifica uma proteína de matriz extracelular de Magnaporthe grisea) parece ter um papel importante na diferenciação do apressório, bem como na patogenicidade e virulência. Um dos nossos objetivos foi avaliar a possível função de um ortólogo do gene emp1 em M. anisopliae pela análise do perfil transcricional e construção de mutantes funcionais por mutagênese insercional utilizando agrotransformação. Foram geradas linhagens transformantes contendo o cassete de inativação do gene emp1 (pPZP::bar::emp1), sendo este construído pela subclonagem das regiões flanqueadoras 5’ (1.515pb) e 3’ (1.513pb), fusionadas a um cassete de expressão do gene bar (3.500pb) que confere resistência a glifosinato de amônia. A freqüência de transformação observada nesta etapa de transformação foi superior a 60%, porém em apenas 1,5% dos transformantes há indícios de recombinação homóloga. Também foi analisado o perfil transcricional de emp1, sob três condições anteriormente padronizadas: células diferenciadas em apressório, hifas (crescimento vegetativo), e blastosporos, sendo observada a presença de transcritos deste gene em todas as condições testadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, foi avaliado o perfil transcricional de quitinases putativas de M. anisopliae nos estágios de diferenciação celular de apressório, hifas e blastosporos. Esta classe de proteínas está diretamente envolvida no remodelamento da parede celular fúngica durante a diferenciação celular, como também na degradação da quitina da cutícula do hospedeiro durante a etapa de penetração. Originalmente foram caracterizados três genes para quitinases (chit1, chi2 e chi3), e a análise in silico do genoma revelou outras 20 quitinases putativas de Metarhizium. Essa diversidade pode ser responsável pelas diferentes funções que o conjunto de enzimas quitinolíticas tem na degradação de quitina durante o ciclo de vida e de infecção do fungo. É, portanto importante: (i) validar transcricionalmente as quitinases putativas e (ii) tentar atribuir função a cada uma delas. Para isso, procedemos a análise dos transcritos de cada uma das 23 quitinases putativas sendo sintetizados cDNAs a partir das três condições de diferenciação celular (apressório, hifas e blastosporos). Na condição de diferenciação a apressório dez espécies de transcritos foram detectadas sendo seis do subgrupo A, três do subgrupo B, uma do subgrupo D. Nenhum transcrito de quitinases do subgrupo C foi detectado nas condições testadas. Tanto em crescimento vegetativo quanto em blastosporos foram detectadas sete espécies de transcritos de quitinases do subgrupo A, e uma do subgrupo D. As quitinases do subgrupo B diferiram quanto a sua distribuição nas condições testadas: três espécies de transcritos foram detectadas durante o crescimento vegetativo e seis em blastosporos. O estudo envolvendo os diferentes genes putativos (emp1 e de quitinases) de M. anisopliae, sob as diversas abordagens, representa um importante precursor para nos fornecer indicativos sobre as funções destes genes no ciclo de vida e de infecção de Metarhizium. / To infect their arthropod hosts, Metarhizium anisopliae produces a series of hydrolytic enzymes and several morphological changes, including the formation of structures called appressoria and blastospores. These infective structures represent crucial stages of penetration and dissemination in the insect host, repectively. In addition, the appressorium is a structure conserved among phytopathogenic and entomopathogenic fungi. The emp1 gene (encodes an extracellular matrix protein) from Magnaporthe grisea showed an important role in appressorium differentiation, as well as pathogenicity and virulence. Our goal was evaluate the possible role of an ortholog gene emp1 in M. anisopliae by transcriptional analysis and construction of functional mutants by insertional mutagenesis mediated by agrotransformation. We generated transformants strains containing the gene inactivation cassette of emp1 (pPZP::bar::emp1), which was constructed by subcloning of flanking portions 5’ (1.515bp) and 3’ (1.513bp) fused in a expression cassette of bar gene (resistance to glufosinate ammonium). The frequency of transformation observed in this round was higher than 60%, but only 1,5% of the transformants there is evidence of homologous recombination. We also analysed the transcriptional profile of emp1 under three conditions previously standardized, such as differentiated cells in appressorium, hyphae (vegetative growth) and blastospores. Accordingly, we observed the presence of transcripts of this gene in all growth condition tested. In a second step of this work, we evaluated the transcriptional profile of putative chitinases of the M. anisopliae in those different stages of cellular diferentiation. This class of proteins is directly involved in fungal cell wall remodeling during cellular diferentiation, as well as degradation of chitin in the host cuticle during the penetration stage. Originally we characterized three genes of chitinases (chit1, chi2 and chi3), but apart from these, the in silico analysis of the genome revealed 20 putative chitinases. This diversity may be reponsible for differents functions that the set of chitinases enzymes have in the chitin degradation during the life and infection cycle of the fungus. It is therefore important: (i) validate transcriptionally the putative chitinases and (ii) attemping to assign function to each one of them. Chitinases transcript survey was performed using cDNAs from three cell types: appressorium, vegetative growth and blastospores. In the appressorium condition ten species of transcripts were detected being six from the subgroup A chitinases, three from group B and one from group D. No transcripts of subgroup C chitinases were detected. Both in vegetative growth and blastospores seven species of transcripts of the subgroup A, and one from group D were detected. Chitinases from subgroup B differed - three species of transcripts were detected during vegetative growth and six were detected in blastospores. This study of several putative genes (as emp1 and chitinases) of M. anisopliae, under different approaches, may represent an important preliminary outcome to shed a light in the functions of these genes during life cycle and infection of Metarhizium.

Orientador: Guilherme Duarte Rossi / Resumo: A possibilidade da evolução da resistência dos insetos à maioria dos inseticidas disponíveis e a necessidade por moléculas específicas para o manejo de organismos alvos e não tóxicas ao meio ambiente guiam a contínua busca por novos compostos com atividade inseticida. No presente trabalho, investigamos o potencial da actinobactéria Streptomyces sp. ENT-21 como fonte de moléculas inseticidas sobre lagartas de Diatraea saccharalis (Fabricius) (Lepidoptera: Crambidae), uma importante praga da cana-de-açúcar. Um extrato quitinolítico foi produzido a partir do cultivo de Streptomyces sp. ENT-21 em meio contendo quitina. Este extrato foi fracionado por filtração molecular (Sephadex G25) e separado em amostras proteicas e não proteicas. Os efeitos do extrato quitinolítico bruto e fracionado sobre a taxa de mortalidade e peso das lagartas de D. saccharalis foram avaliados. A adição do extrato quitinolítico bruto de Streptomyces sp. ENT-21 à dieta artificial resultou em 100% de mortalidade das lagartas de D. saccharalis. Após fracionamento a amostra não proteica resultou em maior mortalidade e redução do peso das lagartas em relação à fração proteica. Esses dados sugerem que a atividade quitinolítica não seja o principal modo de ação responsável pela atividade inseticida do extrato quitinolítico. Os dados também sugerem um possível efeito sinérgico entre os composto proteicos e não proteicos presentes no extrato bruto de Streptomyces sp. ENT-21. / Abstract: Insect resistance to most of the available insecticides and the requirement for specific molecules for pest management and safe to the environment guide a continuous search of new insecticidal compounds. In this work, we investigated the potential of the actinobacterium Streptomyces sp. ENT-21 as a source of insecticidal molecules against larval Diatraea saccharalis (Fabricius) (Lepidoptera: Crambidae), an important sugarcane pest. The chitinolytic extract was prepared by cultivating Streptomyces sp. ENT-21 in a chitin containing medium. This extract was fractionated using molecular filtration (Sephadex G25) forming protein and non-protein fractions. The effects of the crude chitinolytic extract as well of the fractions were evaluated over the development of D. saccharalis larvae in bioassays conducted using artificial diet. The addition of the crude chitinolytic extract to the artificial diet used for rearing larval D. saccharalis resulted in 100% of larval mortality. A non-protein fraction resulted in a higher mortality rate and weight reduction over surviving larvae than the protein fraction, suggesting that the chitinolytic activity present in the protein fraction is not the main mode of action involved in the insecticidal activity of the chitinolytic produced extract. Results also suggest a possible synergic effect among protein and non protein compounds in the crude chitinolytic extract from Streptomyces sp. ENT-21. / Mestre