Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-11-19T10:15:55Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Amanda Rafaela Rodrigues - 2014.pdf: 1648839 bytes, checksum: 9a00f301e577d05e94214afe813688c5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-11-19T10:17:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Amanda Rafaela Rodrigues - 2014.pdf: 1648839 bytes, checksum: 9a00f301e577d05e94214afe813688c5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-19T10:17:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Amanda Rafaela Rodrigues - 2014.pdf: 1648839 bytes, checksum: 9a00f301e577d05e94214afe813688c5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-10-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The genus Trichoderma is represented by non-pathogenic soil fungi that have been studied by act as biological control agents against fungal pathogens, such as Sclerotinia sclerotiorum, the fungus that causes white mold, besides that, reduce environment and human health risks by being able to replace agrochemicals. Proteomic strategies with MS techniques have been important tools in studies of patterns identification for protein expression in different growth conditions. This work aims to development new strategies that enable the detection and identification of proteins secreted by Trichoderma asperellum (TR356) and Sclerotinia sclerotiorum when inoculated together and separated. The results obtained by MALDI / TOF analysis allowed the identification of a β-1.3--glucanosiltransferase and α-1.2-Dmannosidase, demonstrating the possibility of proteins identification for better comprehension about interaction between these organisms. It was therefore possible to identify the proteins through strategies used, but further analysis are required in order to elucidate the function and interaction of proteins secreted by the fungus Trichoderma asperellum TR356 against S. sclerotiorum. / OgêneroTrichodermaérepresentadoporfungosdesolonãopatogênicosquesãoestudad osporsuaaçãocomoagentesdecontrolebiológicocontrafungosfitopatógenos,comoScler otiniasclerotiorum,ofungocausadordomofobranco.Osfungos Trichoderma spp.atuamcomoimportantesagentesdecontrolebiológico,diminuindoosriscosàsaúdehu manaeaomeioambienteporseremcapazesdesubstituirosagroquímicos.Estratégiasprot eômicas juntamente com técnicas de MSsãoimportantesferramentasemestudosdepadrão, identificação e expressãodeproteínasemdiferentescondiçõesdecrescimento.Levando em consideração a importância de tais estudos, o presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de novas estratégias que possibilitem a detecção e identificação de proteínas secretadas por Trichoderma asperellum (TR356) e Sclerotinia sclerotiorum quando inoculados juntos e/ou separados os dois organismos vivos. Os resultados obtidos através das análises por MALDI/TOF permitiram a identificação dasproteínas, β-1,3-glucanosiltransferase e α-1,2-D-mannosidase,demonstrando a possibilidade de identificaçãopara o entendimento futuro acerca da interação destes organismos. Foi possível, portanto, a identificação das proteínas através das estratégias utilizadas, porém serão necessárias futuras análises afim de elucidar a interação e função das proteínas secretadas através do fungo T. asperellum TR356sobre S. sclerotiorum.

Fungos associados às plantas desempenham diversas funções biológicas importantes e constituem imensos reservatórios de novos compostos químicos, atividades biológicas e processos biotecnológicos ainda subexplorados. A diversidade estimada para esses microrganismos é enorme, porém menos de 7 % das espécies é conhecida. Em cana-de-açúcar, uma das principais culturas agrícolas do Brasil, estudos de interação e diversidade são recentes e ainda incipientes, principalmente com relação à comunidade fúngica e sua interação com plantas transgênicas. Uma das espécies presentes na comunidade fúngica associada à cana-de-açúcar é o fungo Trichoderma virens, o qual apresenta grande potencial de exploração como agente de controle biológico, promotor de crescimento vegetal e produtor de enzimas e metabólitos secundários. Nesse sentido, o presente trabalho buscou primeiramente determinar a estrutura e diversidade da comunidade de fungos (endófitos de raiz e rizosfera) associados a duas variedades de cana-de-açúcar, uma convencional (SP80-1842) e outra transgênica (IMI-1, expressando resistência ao herbicida imazapir), e avaliar possíveis efeitos da transgênese, do estágio de crescimento e do manejo agrícola. Além disso, uma linhagem de T. virens, isolada como endófito de raiz dessa planta, foi selecionada para estudos de interação fungo-planta e determinação dos mecanismos envolvidos na sua atividade de controle biológico. Na primeira etapa do trabalho, que compreendeu isolamento, caracterização e avaliação de alterações na comunidade fúngica, os resultados obtidos mostraram que a comunidade fúngica associada à cana-de-açúcar é formada por pelo menos 35 gêneros diferentes, a maioria do filo Ascomicota, sendo que a sua estrutura incluiu um grande número de gêneros pouco frequentes e um pequeno número de gêneros altamente frequentes (Penicillium, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma e Epicoccum), dos quais alguns apresentam especificidade ao local de isolamento (raiz ou rizosfera). A avaliação de possíveis efeitos sobre a comunidade fúngica mostrou que a idade da planta foi o único fator que influenciou de forma significativa as características dessa comunidade, sendo que os efeitos da transgênese, se existentes, devem ser secundários quando comparados às fontes naturais de variação. Na segunda etapa, a linhagem de T. virens T.v.223 foi transformada pelo sistema Agrobacterium tumefaciens e o transformante gerado (expressando resistência à higromicina B e a proteína GFP) foi utilizado em ensaios de interação via reisolamento e microscopia. Os resultados revelaram que esse fungo não promoveu alterações fenotípicas visíveis na planta hospedeira, colonizou predominantemente as raízes, onde formou camadas densas de micélio ao seu redor, antes de penetrar o espaço intercelular das primeiras camadas de célula da epiderme do tecido radicular. Por último, mutantes de T. virens deficientes para produção de quitinases foram gerados por deleção gênica e silenciamento gênico via RNAi e avaliados quanto à capacidade de controle biológico de diferentes fitopatógenos em ensaios em casa de vegetação. Curiosamente, os resultados mostraram que as enzimas quitinolíticas podem ser essenciais à atividade de controle biológico efetuada por T. virens, mas que a importância e a participação dessas enzimas no processo dependem do tipo de planta e de patógeno envolvidos na interação, já que mais de um mecanismo deve contribuir para o controle biológico por T. virens, como por exemplo, a indução de resistência da planta. / Plant-associated fungi perform several important biological functions and are considered a vast source of novel chemical compounds, biological activities and biotechnological processes, whose potential is underexplored. The estimated diversity for these microorganisms is massive, but less than 7% of the species are already known. Sugarcane, one of the most important crops in Brazil, has only recently been studied regarding interactions and diversity, but these studies are still incipient, mainly concerning fungal community and its interaction with transgenic plants. One of the species found on sugarcane fungal community is the fungus Trichoderma virens, whose potential on biological control, growth promotion, and enzymes and secondary metabolites production is huge. Taking this into consideration, the current work aimed to determine the structure and diversity of the fungal community (root endophytes and rhizosphere) associated to two varieties of sugarcane, the conventional (SP80-1842) and the transgenic counterpart (IMI-1, expressing imazapyr herbicide resistance), and assess possible effects from transgenese, growth stage and management. In addition, a strain of T. virens, isolated as a sugarcane endophyte, was selected to perform the fungal-plant interaction assays and to determine its biological control mechanisms. The results of the first part of this work, including the isolation, characterization and evaluation of fungal community changes, showed that the sugarcane fungal community is made up by at least 35 different genera, most of them belonging to Ascomycota phylum, and its structure included many genera observed in very low frequencies, and a few genera highly frequent (Penicillium, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma and Epicoccum), from which some have specificity to the place of isolation (root or rhizosphere). Assessing possible effects upon the fungal community showed that the growth stage was the only factor significantly influencing the communitys features, besides, if transgenese effects are present, they may be minor compared to other natural sources of variation. The second part of this work included the Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of T. virens strain T.v.223 and utilization of the generated transformant (hygromycin B resistant and GFPexpressing) to perform interaction studies by re-isolation and microscopy. The results revealed that this fungus did not promote any phenotypic change in the host plant, it was found mostly in roots, formed a dense mycelia cover over the roots and was able to penetrate intercellular spaces of root epidermis first layers. Finally, T. virens chitinase-deficient mutants were generated by gene deletion and RNAi gene silencing, and tested for biological control activity against different phytopathogens in greenhouse assays. Curiously, the results showed that chitinolytic activity may be essential to the biocontrol activity of T. virens, but its significance and the input of each chitinase depends on the plant and pathogen playing the interaction, since more than one mechanism may account for T. virens biological control, for instance, the induction of plant resistance.

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, José Geraldo da Cruz Pradella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gelain_Lucas_M.pdf: 1331794 bytes, checksum: 116fec6e0222b23e24403c80d7c5c885 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Modelos matemáticos são necessários para o desenvolvimento de processos, pois permitem o entendimento dos fenômenos envolvidos e podem ser usados para scale-up e otimização das condições de operação. O objetivo deste trabalho foi propor um modelo matemático para descrever a cinética de crescimento celular, consumo de substrato e produção de enzimas utilizando o Trichoderma harzianum em diferentes concentrações de bagaço de cana-de-açúcar (fonte de carbono). Além disso, realizaram-se testes utilizando uma sonda de capacitância para estimação on-line da concentração de células no meio. As concentrações de bagaço de cana-de-açúcar empregadas foram de: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1, onde a concentração 10 g L-1 foi utilizada para validar o modelo e as demais concentrações para a estimação dos parâmetros. As enzimas analisadas foram: celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase. A estimação da concentração de células utilizando a sonda de capacitância mostrou ser uma alternativa interessante, indicando que há boa correlação entre o sinal da sonda e a concentração de células em meio solúvel. No entanto, o meio insolúvel (contendo bagaço de cana-de-açúcar) causou interferências, impedindo seu uso para uma análise quantitativa. Modelos matemáticos foram construídos para descrever as cinco variáveis de estado (concentrações de células e substrato, assim como atividades de celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase). Os modelos parecem representar bem a cinética com um bom ajuste para a maioria dos ensaios. Alterações nos modelos e novos ensaios com concentrações diferentes de substrato ainda precisam ser realizados com a finalidade de melhorar o ajuste e aumentar confiabilidade dos modelos / Abstract: Mathematical models are necessary to processes development, because they enable the understanding of the involved phenomena and can be used to scale-up and optimization of operation conditions. The aim of this work was to propose a mathematical model to describe the kinetics of the cellular growth, substrate consumption and enzyme production using Trichoderma harzianum in different sugar cane bagasse concentrations (carbon source). Besides, tests using a capacitance probe to on-line cellular estimation were performed. The sugar cane bagasse concentrations employed were: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1. The 10 g L-1 concentration was used to validate the model and the others to parameters estimation. The enzymes analyzed were cellulase; beta-glucosidase; and xylanase. The estimation of cellular concentration using the capacitance probe is an interesting alternative indicating good correlation between the sign of the probe and the cells in soluble medium. However, the insoluble medium (with sugar cane bagasse) caused interferences that prevented quantitative analysis. Mathematical models were built to describe the five dependents variables (concentrations of cells and substrate, as well as activities of cellulase (FPase), beta-glucosidase and xylanase). The models seem to represent well the kinetics with a good fit for the majority of the assays. Alterations in the models and new assays with different substrate concentration are needed to provide better fit and increase the model trustworthiness / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Sindelia Freitas Azzoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:50:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bussamra_BiancaConsorti_M.pdf: 2624016 bytes, checksum: d09caf6db1941dc3b8ff17c802bb5ddb (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O alto custo da hidrólise enzimática para a conversão de biomassa lignocelulósica é um problema recorrente que limita a produção de bioetanol a partir desta fonte renovável e altamente energética. Muitos fatores afetam a eficiência do processo de hidrólise, como a recalcitrância do substrato lignocelulósico, eficiência do pré-tratamento, proporções e cargas das enzimas, inibidores e perda de atividade devido à adsorção não específica. Somado a estes fatores, o alto custo de produção de coquetéis enzimáticos limita a carga enzimática, o que contribui para a inviabilização técnica e econômica do processo. Dentre as abordagens consideradas promissoras para otimizar a reação de hidrólise, pode-se destacar o desenvolvimento de coquetéis artificiais bem balanceados envolvendo diferentes classes de enzimas. Este projeto estuda coquetéis enzimáticos otimizados para a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado, onde as enzimas provieram tanto de fonte comercial quanto de cultivos microbianos (Trichoderma reesei e Escherichia coli geneticamente modificada), seguidas de purificação. Planejamento experimental de mistura lattice simplex, seguido de planejamento fatorial, foram utilizados para a otimização da proporção enzimática. Em ambos os experimentos, a concentração de glicose liberada (g/L) foi a resposta avaliada. A fim de se reduzir o consumo de reagente, as hidrólises foram conduzidas em escala reduzida, cuja metodologia foi validada neste trabalho. A mistura enzimática otimizada, compreendida da fração T. reesei (80%), endoglucanase (10%) e ?-glicosidase (10%), foi capaz de converter 68,36% ± 5,57 da celulose contida no bagaço hidrotérmico, enquanto que os coquetéis comerciais Cellic CTec H2 e Celluclast converteram 70,43% ± 5,03 e 49,11% ± 0,49 do mesmo material, respectivamente, sob as mesmas condições de operação. Desta forma, este trabalho contribuiu com a identificação de atividades necessárias e de suas proporções ótimas para melhorar o coquetel enzimático de T. reesei, resultando no aumento da conversão do bagaço hidrotérmico. As estratégias de purificação de proteínas e análises de planejamento experimental e de sinergismo podem ser empregadas para a obtenção de coquetéis melhorados feitos sob medida para a hidrólise de outros materiais / Abstract: The high cost of converting lignocellulose by enzymatic hydrolysis is a recurring problem that limits the production of bioethanol from a renewable and highly energetic source. Many factors affect the efficiency of the hydrolysis process, such as lignocellulosic substrates recalcitrance, pretreatment efficiency, enzyme ratios and loadings, inhibitors and non-productive adsorption. Furthermore, the high production costs of enzyme cocktails limit the enzyme loads, which contribute to technical and economic infeasibility of this process. Among the promising approaches to optimize hydrolysis reaction, there is the development of well-balanced cocktails involving different classes of enzymes. This project studies optimized enzyme cocktails for hydrolysis of pretreated sugar cane bagasse, where the enzymes were provided from both commercial source and microorganism cultivation (Trichoderma reesei and genetically modified Escherichia coli), followed by purification. Experimental simplex lattice design, followed by factorial design, were performed to optimize the enzymatic proportion. In both experiments, released glucose concentration was the result evaluated. To reduce reagent consumption, the hydrolysis was carried out in micro assays scale, which methodology was validated in this study. The optimized enzyme mixture, comprised of T. reesei fraction (80%), endoglucanase (10%) and ?-glucosydase (10%), was capable of converting 68,36% ± 5,57 of the cellulose present in hydrothermal pretreated bagasse, whereas commercial cocktails Cellic CTec H2 and Celluclast converted 70,43% ± 5,03 e 49,11% ± 0,49 of the same material, respectively, under the same conditions. Thus, the work reported here contributed to the identification of needed activities and their optimal proportions to improve T. reesei enzymatic cocktail, enhancing hydrothermal bagasse conversion. Protein purification strategies and analyses of experimental design and synergism can be used to obtain improved cocktails to hydrolyze other materials / Mestrado / Engenharia Química / Mestra em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The sudden death syndrome (SDS), caused by species of Fusarium, is a disease difficult to control and there are no management techniques and resistant cultivars that give long-term positive results. This study aimed to assess populations of Fusarium spp. and Trichoderma spp. associated to eight soybean genotypes, cultivated under no tillage; to determine if the control of Fusarium varies among isolates of Trichoderma; to identify isolates of Fusarium spp. obtained from different genotypes, and to determine their toxicity and pathogenicity to two genotypes of soybean. Soil and roots were collected from experimental plots located at the Fundação Centro de Experimentação e Pesquisa (FUNDACEP), obtaining isolates of Fusarium spp. and Trichoderma spp. There were no differences in the population of Fusarium spp. in plants with symptoms of SDS among the different genotypes. For Trichoderma spp. there was a significant difference among genotypes from plants with and without symptoms of SDS and the genotype CEPS 06006 RR had the biggest population of the antagonist. In the direct confrontation test, eight isolates of Trichoderma spp. obtained the highest score (1) in relation to the control of Fusarium spp. and isolates of Trichoderma spp. from soil of areas with the SDS symptom were more aggressive. Nine species of Fusarium: F. avenaceum, F. solani, F. equiseti, F. Acuminatum, F. kyushuense, F. graminum, F. subglutinans, F. verticillioides and F. lateritium were identified. All isolates promoted internerval chlorosis, necrosis and death of seedlings in the toxicity test. In the pathogenicity test in plants inoculated with the pathogen there was an increase in leaves and roots dry weight and in the number of pods, indicating that there may be species specificity of the species studied in relation to genotype. / A Podridão Vermelha da Raiz da soja (PVR), causada por espécies de Fusarium, é uma doença de difícil controle, não existindo técnicas de manejo e cultivares resistentes que tenham resultados positivos a longo prazo. Assim, este trabalho objetivou quantificar populações de Fusarium spp. e Trichoderma spp. associadas à oito genótipos de soja, cultivados em sistema plantio direto, observar se o biocontrole de Fusarium spp. difere entre isolados de Trichoderma spp., identificar isolados de Fusarium spp. obtidos de diferentes genótipos e verificar sua toxicidade e patogenicidade a dois genótipos de soja. Amostras de solo e raízes foram coletadas em parcelas experimentais na Fundação Centro de Experimentação e Pesquisa (FUNDACEP), obtendo-se isolados de Fusarium spp. e Trichoderma spp. Não houve diferença na população de Fusarium spp. em plantas com sintomas de PVR entre os diferentes genótipos. Para Trichoderma spp., houve diferença entre as populações nos genótipos de plantas com e sem sintomas de PVR, tendo o genótipo CEPS 06006 RR apresentado maior população do antagonista. No teste de confronto direto, oito isolados de Trichoderma spp. obtiveram a melhor nota (um), em relação a Fusarium spp. e isolados de Trichoderma spp. oriundos de solo em áreas com o sintoma de PVR foram mais eficientes. Foram identificadas nove espécies de Fusarium: F. avenaceum, F. solani, F. equiseti, F. acuminatum, F. kyushuense, F. graminum, F. subglutinans, F. verticillioides e F. lateritium. Todos os isolados de Fusarium spp. provocaram clorose internerval, necrose e morte de plântulas no teste de toxicidade. No teste de patogenicidade, em plantas inoculadas com o patógeno houve aumento na massa seca de parte aérea e de raízes, no número de vagens, indicando que pode haver especificidade das espécies estudadas em relação ao genótipo.

Ce projet industriel porte sur la production de biopesticides actifs sur les nématodes à galles des cultures intensives de tomates sous abris au Maroc. Les travaux portent sur (i) l’isolement de souches de champignons filamenteux nématophages provenant des sols des cultures infectées par les nématodes, (ii) la réalisation de cultures de ces souches sur un milieu adapté à la Fermentation en Milieu Solide, technique optimale à la biologie des champignons filamenteux et présentant des avantages technologiques et économiques exploitables à une échelle industrielle, (iii) la production de biomasse et de molécules actives extrapolable à une échelle semi-industrielle, (iv) la mise en œuvre d’essais agronomiques pour valider l’efficacité d’un biopesticide produit par FMS dans des dispositifs innovants.24 souches de champignons filamenteux nématophages ont été isolées à partir des sols des cultures intensives de tomate sous serre au Maroc, mais également à partir de produits commerciaux. Le milieu FMS composé de sous-produits agro-industriels permettant une production de l’ordre de 1010 spores par gramme de substrat PS a été validé, et les conditions de cultures des souches établies. 4 dispositifs de Fermentation en Milieu Solide dont un à usage unique, de 300 à 5 000 g ont été mis au point, et ont été protégés par 3 brevets. Enfin, des essais agronomiques de différentes tailles (quelques billons à plusieurs hectares de tomates) ont été mis en place au Maroc de manière à valider l’utilisation de champignons filamenteux actifs contre les nématodes à galles comme étant une alternative écologique à l’utilisation de produits chimiques. / This industrial project involves the production of biopesticides active against root knot nematodes of intensive greenhouse tomato cultures in Morocco. This work focuses on (i) the isolement of nematophagous filamentous fungi from agricultural soils infected with nematodes, (ii) the cultures of these strains on a suitable medium for Solid State Fermentation (SSF), which is the optimal cultural technique for filamentous fungi, presenting technological and economical benefits at an industrial scale, (iii) the production of biomass and active molecules at a semi-industrial scale, (iv) the installation of agronomic assays to validate the effectiveness of a biopesticide production by SSF in innovative devices.24 nematophagous filamentous fungi strains were isolated from intensive greenhouse tomato culture soils, but also from commercial products. The SSF medium composed of agro-industrial by-products allowing a production of about 1010 spores per gram of DW substrate was validated, and the culture conditions of these strains were established. 4 SSF devices including one at single use, from 300 to 5 000 g DW substrate were developed, and were protected by 3 patents. Finally, agronomic assays of different sizes (from few lines to several hectares of tomatoes) were carried out in Morocco in order to validate the use of active filamentous fungi against root-knot nematodes as an ecological alternative to the use of chemical products.

Orientadores: Gustavo Henrique Goldman, Juliana Velasco de Castro Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T05:49:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borin_GustavoPagotto_M.pdf: 4025117 bytes, checksum: 5d652481786ac0f6cf4259069d181514 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A parede celular vegetal é uma estrutura recalcitrante, composta por polissacarídeos complexos que podem ser quebrados em açúcares fermentáveis. A desconstrução desse material complexo pode ser feita por diversos tipos de enzimas hidrolíticas, que são produzidas naturalmente por uma variedade de microrganismos. Entre eles, o fungo Trichoderma reesei se destaca pela capacidade de produzir e secretar estas enzimas em grandes quantidades. Embora alguns trabalhos utilizando abordagens de proteômica e transcriptômica já tenham sido realizados com esse fungo, ainda não são conhecidos em detalhes os mecanismos moleculares responsáveis pela degradação da parede e a regulação gênica envolvida nesse sistema lignocelulolítico. O presente trabalho tem como objetivo principal a análise da expressão gênica global de T. reesei, crescido por 6, 12 e 24 horas em bagaço e colmo de cana-de-açúcar como fontes únicas de carbono, pela técnica de sequenciamento high-throughput de RNA (RNA-Seq). No transcriptoma de T. reesei foram identificadas sendo hiper-expressas as principais celulases, hemicelulases e proteínas acessórias relacionadas direta ou indiretamente com a desconstrução da parede vegetal. De modo geral, as celulases e hemicelulases apresentaram uma expressão maior do que outras enzimas, e o nível dos seus transcritos foi crescente ao longo do tempo tanto em colmo quanto no bagaço. A grande maioria dos genes de CAZymes e proteínas acessórias hiper-expressos foram compartilhados pelos dois substratos, o que demonstra que a estratégia usada por T. reesei para degradar a parede celular do colmo e do bagaço é similar. Adicionalmente, vários fatores de transcrição, proteínas de função desconhecida e transportadores supostamente envolvidos na assimilação dos açúcares liberados também foram hiper-expressos nas condições amostradas. Para validação do RNA-Seq, foi realizado PCR em tempo real de diversos genes hiper-expressos que codificam para enzimas hidrolíticas, reguladores transcricionais, proteínas acessórias e genes ainda não caracterizados. Para isso, a análise temporal foi ampliada para 30 minutos, 2, 4, 6, 12 e 24 horas de crescimento após o inóculo, o que permitiu uma análise mais detalhada da expressão desses genes. Como objetivo secundário, foi analisado o secretoma deste fungo e os açúcares concomitantemente liberados no sobrenadante. Estas análises indicaram que a desconstrução da parede celular já se inicia dentro de 6 horas pós inoculo, com a liberação de monômeros (principalmente xilose e glicose) dos polissacarídeos e secreção de diversas CAZymes. Ensaios enzimáticos também foram realizados, mostrando atividades celulo e hemicelulolíticas. Assim, descrevemos pela primeira vez o arsenal de enzimas transcritas e secretadas por T. reesei RUT C30, desde pontos inicias de crescimento, em bagaço explodido e colmo de cana-de-açúcar. Por fim, este trabalho também permitiu a identificação de vários genes, com função predita ou não, que podem abrir caminho para a descoberta de novos atuantes na resposta do fungo ao substrato lignocelulósico / Abstract: Plant cell wall is a recalcitrant structure composed of complex polysaccharides which can be broken down into fermentable sugars. The deconstruction of this complex material can be made by a variety of hydrolytic enzymes which are naturally produced by a variety of microorganisms. Among them, stands out the fungus Trichoderma reesei, able to produce and secrete those enzymes in large quantities. Although some studies using transcriptomics and proteomics approaches have been performed with this fungus, the molecular mechanisms responsible for the degradation of the cell wall and gene regulation involved in this lignocellulosic system are not well known. This work has as main objective the analysis of global gene expression of T. reesei grown at 6, 12 and 24 hours in sugarcane bagasse and culm as sole carbon sources by high-throughput RNA sequencing technology (RNA-Seq). In the T. reesei transcriptome, it was identified the major cellulases, hemicellulases and accessory proteins directly or indirectly related to the deconstruction of plant cell wall. In general, cellulases and hemicellulases exhibited higher expression than other enzymes, and the level of their transcripts was increased over the time in both culm and bagasse cultures. Most of up-regulated CAZymes and accessory proteins were shared between the two substrates, which demonstrates the strategy used by T. reesei to degrade the bagasse and culm cell wall is similar. Furthermore, several transcription factors, proteins of unknown function and transporters supposedly involved in the assimilation of sugars were also up-regulated in the sampled conditions. To validate the RNA-Seq data, real-time PCR of several up-regulated genes encoding hydrolytic enzymes, transcriptional regulators, accessory proteins and proteins not yet characterized was carried out. The time points was extended to 30 min, 2, 4, 6, 12 and 24 hours of growth after inoculation, allowing a more detailed analysis of the expression of these genes. As a secondary objective, T. reesei secretome and the sugars released in the supernatant were analyzed. It was shown that the sugarcane cell wall deconstruction begins within the first 6 hours post inoculation, releasing sugar monomers (mainly xylose and glucose) from polysaccharides due to the secretion of several hydrolytic enzymes. Enzymatic assays were also performed, showing cellulosic and hemicellulosic activities. Finally, this is the first study showing the arsenal of enzymes transcribed and secreted by T. reesei grown on steam exploded sugarcane bagasse and culm, at early time points. It was possible identify several genes, with predicted function or not, that can open new paths to discover novel players on the fungus response to lignocellulosic substrate / Mestrado / Microbiologia / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Made available in DSpace on 2017-06-01T18:20:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_adriana_lima.pdf: 7041201 bytes, checksum: 00f3f7db548b1395dca70e5eccf2aa13 (MD5) Previous issue date: 2008-02-28 / Considering the biotechnological potential of Trichoderma harzianum in the xenobiotic metabolization and its resistance to heavy metals, the aim of this work was to evaluate the utrastructural and biochemical behavior related to cadmium tolerance and removal. The microorganism was grown in different media, containing 1mM, 2mM and 3mM of cadmium. Aspects of the growth profile was obtained by biomass production, glucose consumption, acid and alkaline phosphatase activities, morphology by optical microscopy, ultrastructure by scanning electron microscopy, total protein profile, polyphosphate acumulation and metal removal were evaluated. The results obtained revealed the inhibitory effects of the heavy metal on the microbial growth and the aspects of the tolerance to cadmium. The glucose consumption and the enzymes activities were also affected by cadmium and its different concentrations. The morphological analysis revealed variations related to hyphae thickness, branching pattern, texture and homogenity, electrondensity, and presence of granular structures. The ultrastructural aspects revealed alterations related to cell electrondensity, mycelia density, branching pattern and reduced chlamidospores number. The grown in presence of the metal induced a reduction in the total protein content related to cadmium concentration. The isolate was able to accumulate polyphosphate, and its grown in cadmium induced the polymer degradation. The cadmium removal was observed and revealed variations related to metal concentrations. The results for the first time revealed the effects of cadmium on T. harzianum polyphosphate accumulation and its potential application in the metal remediation / Considerando o potencial biotecnológico do fungo Trichoderma harzianum no processo de metabolização de compostos xenobióticos e sua resistência a metais pesados, o presente trabalho teve como finalidade estabelecer conhecimentos bioquímicos e ultraestruturais associados ao processo de remoção de cádmio. O microrganismo foi cultivado em meio contendo diferentes concentrações de cádmio: 1mM, 2mM e 3mM. O perfil de crescimento foi estabelecido em função da biomassa produzida, do consumo de glicose e fosfato, conteúdo intracelular de polifosfato, atividade das enzimas fosfatases ácida e alcalina, perfil de proteínas totais e remoção do metal. Os resultados obtidos sugerem efeitos do metal sobre o crescimento do organismo em diferentes meios de cultura. O crescimento em meio padrão revela a tolerância do organismo frente a altas concentrações de cádmio, e que tal cultivo induz variações no consumo de glicose e atividade das fosfatases. A utilização da microscopia óptica revelou variação na morfologia do organismo como resposta a variação do meio de cultivo e da presença e ausência do metal. Modificações relativas a processo de ramificação, textura e espessura das hifas foram visualizadas. Os aspectos ultraestruturais através de varredura demonstraram que T. harzianum cultivado na presença de cádmio apresentou variações associadas a eletrondensidade, densidade micelial, maior ramificação e menor número de clamidósporos. A análise do perfil de proteínas totais revelou que o cultivo em cádmio induziu a diminuição do conteúdo de proteínas dependendo da concentração. O isolado foi capaz de acumular polifosfato, e a presença do metal induziu a degradação do polímero em função da concentração. A remoção de cádmio do meio foi avaliada, revelando variação em função da concentração. Os resultados demonstram o efeito do cádmio sobre T. harzianum, pela primeira vez, e demonstram o potencial do microrganismo em acumular polifosfato e sua possível aplicação na remediação de metais pesados

Devido as suas características funcionais, as proteínas vêm sendo cada vez mais utilizadas em diferentes áreas e atividades da sociedade humana como: alimentícia, indústria, têxtil, papel e celulose, química e médica. A produção industrial de proteínas de valor comercial para diversas aplicações, vem sendo cada vez mais conduzida através do desenvolvimento de sistemas de expressão em diferentes hospedeiros, como Saccharomyces cerevisiae. O presente trabalho teve por objetivo desenhar um sistema de expressão metabolicamente independente induzido pelo hormônio estradiol que, em S. cerevisiae, seja capaz de produzir e secretar com eficiência proteínas homólogas e/ou heterólogas de interesse industrial. Para tanto, foi desenhado e construído um plasmídeo regulador (que expressa o fator de transcrição quimérico c-mycGal4(DBD)hERα(LBD)VP16(AD) e um plasmídeo de expressão (que contém o promotor quimérico p5xUASGAL-UARcb1, o qual será induzido pelo fator de transcrição quimérico, regulando a expressão da proteína repórter celobiohidrolase I - cbh1 de Trichoderma reesei). Ambos plasmídeos foram utilizados para transformar a cepa ScW303-1A/pdr5Δ(construída neste trabalho) e induzido com diferentes concentrações de estradiol. Para analisar a habilidade do promotor em dirigir a expressão da proteína repórter cbh1, foi feito o teste de DNS, com os transformantes selecionados, utilizando carboximetilcelulose 1% como substrato. A maior atividade enzimática ocorre na indução do sistema com 5 μM de 17-β-estradiol e DES (dietilestilbestrol). Os resultados mostram que o sistema de expressão induzido por 17-β-estradiol e DES, funciona de forma eficiente em S. cerevisiae e que o mesmo pode ser utilizado na produção biotecnológica de outras proteínas de interesse. / Due to its functional characteristics, the proteins are being increasingly used in different areas and activities of human society: food, industry, textile, pulp and paper, chemical and medical. The industrial production of commercially valuable proteins for various applications is increasingly being conducted through the development of systems of expression in different hosts such as Saccharomyces cerevisiae. This study aimed to design a metabolically independent expression system induced by estradiol hormone in S. cerevisiae is able to produce and secrete effectively homologous proteins and / or heterologous of industrial interest. Thus, it was designed and built a regulatory plasmid (expressing the chimeric transcription factor c-myc-Gal4 (DBD) -hERα (LBD) - VP16 (AD) and an expression plasmid (which contains the chimeric promoter 5xUASGAL- UARcb1, which is induced by the chimeric transcription factor, regulating the expression of the reporter protein cellobiohydrolase I - cbh1 of Trichoderma reesei). Both plasmids were used to transform ScW303-1A / pdr5Δ strain (constructed in this work) and induced with different concentrations of estradiol. To analyze the ability of the promoter to direct the expression of the reporter protein cbh1, the DNS testing, with the selected transformants was done using 1% carboxymethylcellulose as a substrate. The highest enzymatic activity occurs in the induction system with 5 μM of 17-β-estradiol and DES (diethylstilbestrol). The results show that the expression system induced by 17-β-estradiol and DES operates efficiently in S. cerevisiae and that it can be used for the biotechnological production of other proteins of interest.

Le procédé de production d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique nécessite l’hydrolyse de cette dernière en sucres simples. Cette hydrolyse est le plus souvent réalisée par voie biologique grâce à des enzymes appelées cellulases. La production de ces enzymes représente cependant un verrou économique majeur au développement du procédé à grande échelle. Les cellulases sont généralement produites industriellement par le champignon filamenteux aérobie Trichoderma reesei, doté d’une forte capacité de sécrétion d’enzymes. Les cultures sont réalisées en bioréacteurs aérés et agités mécaniquement. Elles nécessitent de contrôler la concentration des substrats, ce qui requiert la maitrise de conditions hydrodynamiques et physicochimiques. En effet, le milieu de culture de T. reesei devient une suspension de cellules de champignons associées en filaments, de structure complexe, dont la viscosité augmente avec la concentration microbienne selon un comportement rhéofluidifiant. La viscosité est fonction de la morphologie du microorganisme qui peut, elle-même, varier avec les conditions de cultures. Cet accroissement de viscosité est un critère clef de l’extrapolation du procédé, car il affecte le transfert d’oxygène. Afin de maintenir une concentration en oxygène dissous suffisante, l’agitation et l’aération sont en général augmentées, entraînant un accroissement du cisaillement. Cet accroissement impacte en retour la morphologie du champignon, ralentit sa croissance puis diminue la production de cellulases. Ainsi, les conditions hydrodynamiques et rhéologiques engendrées au sein du bioréacteur sont complexes et variables dans le temps. L’interrelation entre conditions opératoires, morphologie, croissance du champignon et viscosité du moût de fermentation impose l’intégration de tous ces phénomènes pour l’optimisation du procédé, notamment à grande échelle. L’objectif de la thèse est de mettre en place une approche, visant à étudier au laboratoire la croissance de T. reesei et sa production d’enzymes, en reproduisant les contraintes hydrodynamiques associées aux conditions de fonctionnement des fermenteurs industriels. Pour ce faire, deux méthodologies originales ont été développées : une méthode de mesure de la viscosité du milieu, optimisée pour les champignons filamenteux, représentative des conditions rencontrées à grande échelle et qui s’appuie sur l’utilisation d’un rhéomètre rotatif équipé d’un rotor hélicoïdal ; une méthode d’analyse d’images associant un microscope motorisé et des algorithmes d’analyse d’images innovants, qui permet de générer des données sur la morphologie du champignon et d’identifier un critère morphologique pertinent basé sur le nombre de « trous » au sein d’un filament. Parallèlement à ces méthodes, différentes contraintes de cisaillement ont été mises en oeuvre en fermentation, afin de reproduire, à l’échelle du laboratoire, les conditions rencontrées à l’échelle industrielle. Ces outils ont été utilisés conjointement et validés lors de cultures non conventionnelles mimant les conditions industrielles en termes de cisaillement. Ils ont permis d’identifier un critère représentatif du cisaillement (EDCF) et d’établir, à partir de ce critère, des corrélations capables de prédire la viscosité du moût de fermentation, le taux de croissance maximum du microorganisme ainsi que certains paramètres morphologiques de la souche. De façon originale, ces corrélations déterminées à l’échelle du laboratoire ont été validées par des mesures effectuées à l’échelle industrielle. Au final, l’approche développée permet d’identifier au plus tôt les contraintes d’extrapolation à ne pas dépasser, afin d’orienter les choix technologiques des fermenteurs industriels impliquant des champignons filamenteux. / Ethanol production from lignocellulosic biomass requires its transformation into fermentable sugars before the alcoholic fermentation. This step called hydrolysis is catalyzed by cellulases and is often considered as the major technical and economic challenge for the process development. Cellulases are industrially produced by the filamentous fungus Trichoderma reesei, thanks to its high secretion capacity. This fungus is strictly aerobic and is thus cultivated in aerated and stirred bioreactors. The fermentation optimization requires control of physicochemical conditions. Actually the growth of fungi induces an increase of the broth viscosity with shear thinning behavior because of the formation of three-dimensional mycelial structures (from micrometer to millimeter). This viscosity increase has a negative impact on the oxygen transfer. In order to keep the dissolved oxygen concentration higher than a critical limit, it is necessary to increase the power input thereby increasing the shear stress, which may affect the morphology of the fungus as well as its growth and cellulose production. Actually, physico-chemical conditions generated inside the bioreactor are complex and vary with time. These interrelations, between process conditions, morphology, growth and viscosity, require the integration of all these parameters to optimize the full-scale process. The goal of the thesis work was to develop a scale-down approach at lab-scale to mimic hydrodynamic conditions of industrial bioreactors and to study their impact on T. reesei growth and cellulase production. For that purpose, two new tools were developed. The first one consists in a new rheological measurement set-up using a helical rotor dedicated to filamentous fungi preventing mycelium degradation during the measurements. The second one is an original image analyses method that uses specific algorithms. It was then possible to record various morphological data on fungi and to select the most relevant ones (like the number of holes). Meanwhile, a wide range of shear stress conditions were explored in the laboratory bioreactor to reproduce industrial conditions. The new tools we had developed, coupled to these unconventional cultures lead to identifying a shear stress relevant