No description available.

O mundo se depara atualmente com a perspectiva de um significativo aumento na demanda por etanol combustível. O bagaço de cana está entre os maiores subprodutos agroindustriais no Brasil, sendo uma das alternativas na utilização para a produção do etanol de segunda geração. A degradação do bagaço de cana requer a ação de muitas enzimas diferentes que são reguladas transcripcionalmente. Considerando-se que o custo de celulases e hemicelulases contribuem substancialmente no preço do bioetanol, novos estudos visando o entendimento da eficiência e produtividade de celulases são de grande importância. Para entender como melhorar coquetéis de enzimas que podem hidrolizar o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado, uitlizou-se um experimento de genômica para investigar-se quais genes e vias são transcripcionalmente moduladas durante o crescimento de A. niger em bagaço de cana-de-açúcar explodido. Neste trabalho foram identificados genes que codificam celulases e hemicelulases com aumento da expresão durante o crescimento em bagaço de cana-de-açúcar explodido. Foi também realizada a determinação do acúmulo de mRNA de diversos genes que codificam transportadores para verificar se estes eram induzidos por xilose e por depedência de glicose. Foram identificados 18 genes que corresponde a 58% de celulases preditas em A. niger e 21 genes que correponde a 58% de hemicelulases preditas em A. niger os quias foram altamente expressos durante o crescimento em bagaço de cana-de-açúcar explodido. Foi investigado também o papel central realizado pelas proteínas quinases e fosfatases não essenciais (NPKs e NPPs, respectivamente) quando em presença de celulose como fonte de carbono, no sensoriamento do estado energético e na subsequente via de sinalização no fungo filamentoso modelo Aspergillus nidulans. O estudo com A. nidulans identificou 11 quinases e 7 fosfatases não essências, NPKs e NPPs, respectivamente, envolvidas na produção de celulases e em alguns casos, na produção também de hemicelulases. O envolvimento destas NPKs identificadas na resposta induzida por avicel e na desrepressão foram acessados pela análise do transcriptoma da cepa selvagem e por microscopia de fluorescência através da cepa de fusão CreA::GFP expressa no selvagem e no background dos mutantes de NPKs. A ausência das quinases snfA e schA reduziu dramaticamente a resposta transcricional induzida por celulose incluindo a expressão de enzimas hidrolíticas e transportadores, enquanto que a ausência de snfA resultou em uma quase completa modulação gênica induzida por celulose. O mecanismo pelo qual essas duas quinases controlam a transcrição gênica foi identificado, onde os dois mutantes de quinases foram capazes de desbloquear o CreA mediante a repressão catabólica do carbono (CCR), sob condições de desrepressão, como em baixa presença de carbono ou crescimento em celulose. Desta forma, este trabalho abriu novas possibilidades para o entendimento da sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar por hidrolases de A. niger e para a construção de coquetéis de enzimas mais eficientes para a obtenção do etanol de segunda geração. Também possibilitou a identificação de muitas quinases e fosfatases envolvidas no sensoriamento do carbono e do estado energético, as quais demonstraram papéis sobrespostos e distintos de snfA e schA na regulação da desrepressão de CreA e na produção de enzimas hidrolíticas em A. nidulans. / The world today is faced with the prospect of a significant increase in demand for fuel ethanol. Sugarcane bagasse is among the largest agro-industrial by-products in Brazil, one of the alternatives in use for the production of second generation ethanol. Degradation of sugarcane bagasse requires the action of many different enzymes which are transcriptionally regulated. Considering that the costs of cellulases and hemicellulases contribute substantially to the price of bioethanol, new studies aimed at understanding and improving cellulase efficiency and productivity are of paramount importance. To understand how to improve enzymatic cocktails that can hydrolyze pretreated sugarcane bagasse, we used a genomics approach to investigate which genes and pathways are transcriptionally modulated during growth of A. niger on steam-exploded sugarcane bagasse. We also sought to determine whether the mRNA accumulation of several steam-exploded sugarcane bagasseinduced genes encoding putative transporters is induced by xylose and dependent on glucose. We identified 18 genes that corresponds to 58% of A. niger predicted cellulases and 21 genes that correspond to 58% of A. niger predicted hemicellulases, that were highly expressed during growth on sugarcane bagasse. The central role performed by nonessential protein kinases (NPK) and phosphatases (NPP) when grown on cellulose as a sole carbon source, in the sensing energetic status and the subsequent signalling pathways was assessed in the model filamentous fungus Aspergillus nidulans. This study identified multiple kinases and phosphatases (NPKs and NPPs, respectively) involved in the sensing of carbon or energetic status, while demonstrating the overlapping and distinct roles of snfA and schA in the regulation of CreA derepression and hydrolytic enzyme production in A.nidulans. The involvement of the identified NPKs in avicel-induced responses and CreA derepression was assessed by genome-wide transcriptomics and fluorescent microscopy of a CreA::GFP fusion proteinexpressed in the wild-type and NPK-deficient mutant backgrounds. The absence of either the schA or snfA kinase dramatically reduced cellulose-induced transcriptional responses including the expression of hydrolytic enzymes and transporters, while the absence snfA resulted in a near complete loss of wild-typecellulose-induced gene modulation. The mechanism by which these two NPKs controlled gene transcription was identified, as neither of NPK-deficient mutants were able to unlock CreA-mediated carbon catabolite repression, under derepressing conditions, such as carbon starvation or growth on cellulose. Our presently reported work opens new possibilities for understanding sugarcane biomass saccharification by A. niger hydrolases and for the construction of more efficient enzymatic cocktails for second-generation bioethanol. This work also enable the identification of multiple kinases and phosphatases involved in the sensing of carbon or energetic status, while demonstrating the overlapping and distinct roles of snfA and schA in the regulation of CreA derepression and hydrolytic enzyme production in A.nidulans.

Conídios são estruturas especializadas, produzidas assexuadamente pelo micélio de muitas espécies de ascomicetos. A produção dos conídios requer o controle espacial e temporal da expressão gênica e a formação de estruturas específicas durante o desenvolvimento. Os conídios estão envolvidos na reprodução, dispersão e persistência ambiental dos fungos. Em espécies patogênicas como Aspergillus fumigatus e Metarhizium anisopliae, os conídios também são responsáveis pela infecção do hospedeiro. Um dos principais fatores ambientais capazes de matar e / ou danificar os conídios é a radiação solar. Os dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) são os principais fotoprodutos do DNA induzidos pela radiação UVB. Os principais objetivos deste trabalho foram: (1) estimar as frequências de CPDs em conídios expostos a doses subletais de radiação UVB, (2) correlacionar a frequência de CPDs com a cinética de germinação dos conídios, (3) comparar a frequência de CPDs em conídios selvagens com a frequência em conídios mutantes para a pigmentação, (4) identificar genes diferencialmente expressos durante as fases da conidiogênese de A. fumigatus e (5) identificar genes modulados pela radiação UVB em micélio jovem de A. fumigatus. Conídios de M. anisopliae, A. nidulans e A. fumigatus foram expostos à irradiância de 1000 mW m-2 de UVB por 15, 30, 60 e 90 min. As doses totais ao final das exposições foram 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2. O aumento na frequência de CPDs foi linear e diretamente proporcional à dose, com 0,215, 0,455, 0,803 e 1,628 CPDs 10 kb-1 induzidos pelas doses de 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2 em A. fumigatus, 0,037, 0,077, 0,142 e 0,202 CPDs 10 kb-1 em A. nidulans e 0,041, 0,085, 0,155 e 0,255 CPDs 10 kb-1 em M. anisopliae. A frequência de CPDs no mutante albino de M. anisopliae (0,552 10 kb-1) foi aproximadamente dez vezes maior do que na linhagem selvagem (0.057 10 kb-1) após exposição à dose de 1,8 kJ m-2. Esta é a primeira evidência direta de que a pigmentação dos conídios protege o DNA contra os danos induzidos pela radiação UVB. Microarranjos genômicos de DNA foram utilizados para comparar os transcriptomas de micélios com 20 h (início da conidiogênese), 24 h (fase intermediária) e 25 h (fase final) com o transcriptoma de micélio jovem. Foram identificados 34 genes diferencialmente expressos (7 com aumento e 27 com diminuição) com 20 h de desenvolvimento, 101 genes (12 com aumento e 89 com diminuição) com 24 h e 76 genes (oito com aumento e 68 com diminuição) com 25 h. Alguns genes que apresentaram aumento na expressão (stuA e o gene da scytalone dehydratase) já haviam sido associados com fases específicas da conidiogênese, entretanto a maioria dos genes que apresentou aumento na expressão não tem função conhecida. A análise de transcriptomas com microarranjos de DNA também foi utilizada para identificar genes com expressão modulada por exposições à radiação UVB (1,8 kJ m-2) em micélio jovem de A. fumigatus. Foram identificados 101 genes diferencialmente expressos ao final da exposição à radiação UVB (51 genes com aumento e 50 com redução). O gene radc apresentou o maior aumento na expressão (aproximadamente 16 ×). A maioria dos genes com aumento na expressão não possui função conhecida. Foram identificados 418 genes diferencialmente expressos 30 min após o termino da exposição (51 genes com aumento e 367 com redução na expressão). / Conidia are specialized structures produced asexually during mycelia growth of many ascomycete species. The process of conidiation involves temporal and spatial regulation of gene expression, cell specialization, intercellular communication, and formation of specific structures during fungal growth. Conidia are responsible for the reproduction, dispersal and environmental persistence of many fungal species. In pathogenic species like Aspergillus fumigatus and Metarhizium anisopliae, conidia are also responsible for host infection. One of the main environmental factors that can kill and/or damage conidia is solar UV radiation. Cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) are the major DNA photoproducts induced by UVB. The principal goals of the present study were to: (1) estimate the frequency of CPDs induced by sublethal doses of UVB radiation in conidial DNA of three selected ascomycetes, (2) examine correlation of CPD frequencies with germination speed, and (3) estimate the protective effect of the wild-type green conidial pigmentation on DNA in M. anisopliae var. anisopliae, (4) identify differentially expressed genes during the different phases of A. fumigatus conidiogenesis and (5) identify genes regulated by UVB radiation in A. fumigatus young mycelia. A. fumigatus, A. nidulans, and M. anisopliae conidia were exposed to 1000 mW m-2 UV irradiance for 15, 30, 60 and 90 min. Total Quaite-weighted doses were 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2, respectively. The frequencies of dimers were linear and directly proportional to the doses, with 0.215, 0.455, 0.803 and 1.628 CPDs 10 kb-1 detected at the doses of 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2 in A. fumigatus, 0.037, 0.077, 0.142 and 0.202 CPDs 10 kb-1 in A. nidulans, and 0.041, 0.085, 0.155 and 0.255 CPDs 10 kb-1 in M. anisopliae. The frequency of dimers in the M. anisopliae albino mutant DWR 180 (0.552 10 kb-1) was approximately ten times higher than of the wild-type ARSEF 23 strain (0.057 10 kb-1) after exposure to doses of 1.8 kJ m-2. DNA microarrays carrying sequence of 11,000 genes of A. fumigatus were used to compare transcriptomes of 20 h-old mycelia (initial phase of the conidiogenesis), 24 h (intermediate phase) e 25 h (final phase) with young mycelia transcriptome. Thirty-four genes displayed a statistically significant difference in expression (7 with increase and 27 with decrease mRNA expression) in 20 h-old mycelia, 101 genes (12 with increase and 89 with decrease) in 24 h-old mycelia and 76 genes (8 with increase and 68 with decrease) in 25 h-old mycelia. Some overexpressed genes (stuA ad the scytalone dehydratase gene) were previously related to specific phases of conidiogenesis but the function of most of them is unknown. Transcriptome analysis using microarrays was also used to identify genes modulated by exposures to UVB radiation (1,8 kJ m-2) in A. fumigatus young mycelia. One hundred and one differentially expressed genes were identified at the end of the exposure to UVB radiation (51 genes with increase and 50 with decrease). The radc gene displayed the higher increase in expression (approximately 16 ×). The function of most of the overexpressed genes is unknown. Four hundred and eighteen differentially expressed genes were identified 30 min after the end of exposure (51 genes with increase and 367 with decrease in expression).

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O mundo se depara atualmente com a perspectiva de um significativo aumento na demanda por etanol combustível. O bagaço de cana está entre os maiores subprodutos agroindustriais no Brasil, sendo uma das alternativas na utilização para a produção do etanol de segunda geração. A degradação do bagaço de cana requer a ação de muitas enzimas diferentes que são reguladas transcripcionalmente. Considerando-se que o custo de celulases e hemicelulases contribuem substancialmente no preço do bioetanol, novos estudos visando o entendimento da eficiência e produtividade de celulases são de grande importância. Para entender como melhorar coquetéis de enzimas que podem hidrolizar o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado, uitlizou-se um experimento de genômica para investigar-se quais genes e vias são transcripcionalmente moduladas durante o crescimento de A. niger em bagaço de cana-de-açúcar explodido. Neste trabalho foram identificados genes que codificam celulases e hemicelulases com aumento da expresão durante o crescimento em bagaço de cana-de-açúcar explodido. Foi também realizada a determinação do acúmulo de mRNA de diversos genes que codificam transportadores para verificar se estes eram induzidos por xilose e por depedência de glicose. Foram identificados 18 genes que corresponde a 58% de celulases preditas em A. niger e 21 genes que correponde a 58% de hemicelulases preditas em A. niger os quias foram altamente expressos durante o crescimento em bagaço de cana-de-açúcar explodido. Foi investigado também o papel central realizado pelas proteínas quinases e fosfatases não essenciais (NPKs e NPPs, respectivamente) quando em presença de celulose como fonte de carbono, no sensoriamento do estado energético e na subsequente via de sinalização no fungo filamentoso modelo Aspergillus nidulans. O estudo com A. nidulans identificou 11 quinases e 7 fosfatases não essências, NPKs e NPPs, respectivamente, envolvidas na produção de celulases e em alguns casos, na produção também de hemicelulases. O envolvimento destas NPKs identificadas na resposta induzida por avicel e na desrepressão foram acessados pela análise do transcriptoma da cepa selvagem e por microscopia de fluorescência através da cepa de fusão CreA::GFP expressa no selvagem e no background dos mutantes de NPKs. A ausência das quinases snfA e schA reduziu dramaticamente a resposta transcricional induzida por celulose incluindo a expressão de enzimas hidrolíticas e transportadores, enquanto que a ausência de snfA resultou em uma quase completa modulação gênica induzida por celulose. O mecanismo pelo qual essas duas quinases controlam a transcrição gênica foi identificado, onde os dois mutantes de quinases foram capazes de desbloquear o CreA mediante a repressão catabólica do carbono (CCR), sob condições de desrepressão, como em baixa presença de carbono ou crescimento em celulose. Desta forma, este trabalho abriu novas possibilidades para o entendimento da sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar por hidrolases de A. niger e para a construção de coquetéis de enzimas mais eficientes para a obtenção do etanol de segunda geração. Também possibilitou a identificação de muitas quinases e fosfatases envolvidas no sensoriamento do carbono e do estado energético, as quais demonstraram papéis sobrespostos e distintos de snfA e schA na regulação da desrepressão de CreA e na produção de enzimas hidrolíticas em A. nidulans. / The world today is faced with the prospect of a significant increase in demand for fuel ethanol. Sugarcane bagasse is among the largest agro-industrial by-products in Brazil, one of the alternatives in use for the production of second generation ethanol. Degradation of sugarcane bagasse requires the action of many different enzymes which are transcriptionally regulated. Considering that the costs of cellulases and hemicellulases contribute substantially to the price of bioethanol, new studies aimed at understanding and improving cellulase efficiency and productivity are of paramount importance. To understand how to improve enzymatic cocktails that can hydrolyze pretreated sugarcane bagasse, we used a genomics approach to investigate which genes and pathways are transcriptionally modulated during growth of A. niger on steam-exploded sugarcane bagasse. We also sought to determine whether the mRNA accumulation of several steam-exploded sugarcane bagasseinduced genes encoding putative transporters is induced by xylose and dependent on glucose. We identified 18 genes that corresponds to 58% of A. niger predicted cellulases and 21 genes that correspond to 58% of A. niger predicted hemicellulases, that were highly expressed during growth on sugarcane bagasse. The central role performed by nonessential protein kinases (NPK) and phosphatases (NPP) when grown on cellulose as a sole carbon source, in the sensing energetic status and the subsequent signalling pathways was assessed in the model filamentous fungus Aspergillus nidulans. This study identified multiple kinases and phosphatases (NPKs and NPPs, respectively) involved in the sensing of carbon or energetic status, while demonstrating the overlapping and distinct roles of snfA and schA in the regulation of CreA derepression and hydrolytic enzyme production in A.nidulans. The involvement of the identified NPKs in avicel-induced responses and CreA derepression was assessed by genome-wide transcriptomics and fluorescent microscopy of a CreA::GFP fusion proteinexpressed in the wild-type and NPK-deficient mutant backgrounds. The absence of either the schA or snfA kinase dramatically reduced cellulose-induced transcriptional responses including the expression of hydrolytic enzymes and transporters, while the absence snfA resulted in a near complete loss of wild-typecellulose-induced gene modulation. The mechanism by which these two NPKs controlled gene transcription was identified, as neither of NPK-deficient mutants were able to unlock CreA-mediated carbon catabolite repression, under derepressing conditions, such as carbon starvation or growth on cellulose. Our presently reported work opens new possibilities for understanding sugarcane biomass saccharification by A. niger hydrolases and for the construction of more efficient enzymatic cocktails for second-generation bioethanol. This work also enable the identification of multiple kinases and phosphatases involved in the sensing of carbon or energetic status, while demonstrating the overlapping and distinct roles of snfA and schA in the regulation of CreA derepression and hydrolytic enzyme production in A.nidulans.

Conídios são estruturas especializadas, produzidas assexuadamente pelo micélio de muitas espécies de ascomicetos. A produção dos conídios requer o controle espacial e temporal da expressão gênica e a formação de estruturas específicas durante o desenvolvimento. Os conídios estão envolvidos na reprodução, dispersão e persistência ambiental dos fungos. Em espécies patogênicas como Aspergillus fumigatus e Metarhizium anisopliae, os conídios também são responsáveis pela infecção do hospedeiro. Um dos principais fatores ambientais capazes de matar e / ou danificar os conídios é a radiação solar. Os dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) são os principais fotoprodutos do DNA induzidos pela radiação UVB. Os principais objetivos deste trabalho foram: (1) estimar as frequências de CPDs em conídios expostos a doses subletais de radiação UVB, (2) correlacionar a frequência de CPDs com a cinética de germinação dos conídios, (3) comparar a frequência de CPDs em conídios selvagens com a frequência em conídios mutantes para a pigmentação, (4) identificar genes diferencialmente expressos durante as fases da conidiogênese de A. fumigatus e (5) identificar genes modulados pela radiação UVB em micélio jovem de A. fumigatus. Conídios de M. anisopliae, A. nidulans e A. fumigatus foram expostos à irradiância de 1000 mW m-2 de UVB por 15, 30, 60 e 90 min. As doses totais ao final das exposições foram 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2. O aumento na frequência de CPDs foi linear e diretamente proporcional à dose, com 0,215, 0,455, 0,803 e 1,628 CPDs 10 kb-1 induzidos pelas doses de 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2 em A. fumigatus, 0,037, 0,077, 0,142 e 0,202 CPDs 10 kb-1 em A. nidulans e 0,041, 0,085, 0,155 e 0,255 CPDs 10 kb-1 em M. anisopliae. A frequência de CPDs no mutante albino de M. anisopliae (0,552 10 kb-1) foi aproximadamente dez vezes maior do que na linhagem selvagem (0.057 10 kb-1) após exposição à dose de 1,8 kJ m-2. Esta é a primeira evidência direta de que a pigmentação dos conídios protege o DNA contra os danos induzidos pela radiação UVB. Microarranjos genômicos de DNA foram utilizados para comparar os transcriptomas de micélios com 20 h (início da conidiogênese), 24 h (fase intermediária) e 25 h (fase final) com o transcriptoma de micélio jovem. Foram identificados 34 genes diferencialmente expressos (7 com aumento e 27 com diminuição) com 20 h de desenvolvimento, 101 genes (12 com aumento e 89 com diminuição) com 24 h e 76 genes (oito com aumento e 68 com diminuição) com 25 h. Alguns genes que apresentaram aumento na expressão (stuA e o gene da scytalone dehydratase) já haviam sido associados com fases específicas da conidiogênese, entretanto a maioria dos genes que apresentou aumento na expressão não tem função conhecida. A análise de transcriptomas com microarranjos de DNA também foi utilizada para identificar genes com expressão modulada por exposições à radiação UVB (1,8 kJ m-2) em micélio jovem de A. fumigatus. Foram identificados 101 genes diferencialmente expressos ao final da exposição à radiação UVB (51 genes com aumento e 50 com redução). O gene radc apresentou o maior aumento na expressão (aproximadamente 16 ×). A maioria dos genes com aumento na expressão não possui função conhecida. Foram identificados 418 genes diferencialmente expressos 30 min após o termino da exposição (51 genes com aumento e 367 com redução na expressão). / Conidia are specialized structures produced asexually during mycelia growth of many ascomycete species. The process of conidiation involves temporal and spatial regulation of gene expression, cell specialization, intercellular communication, and formation of specific structures during fungal growth. Conidia are responsible for the reproduction, dispersal and environmental persistence of many fungal species. In pathogenic species like Aspergillus fumigatus and Metarhizium anisopliae, conidia are also responsible for host infection. One of the main environmental factors that can kill and/or damage conidia is solar UV radiation. Cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) are the major DNA photoproducts induced by UVB. The principal goals of the present study were to: (1) estimate the frequency of CPDs induced by sublethal doses of UVB radiation in conidial DNA of three selected ascomycetes, (2) examine correlation of CPD frequencies with germination speed, and (3) estimate the protective effect of the wild-type green conidial pigmentation on DNA in M. anisopliae var. anisopliae, (4) identify differentially expressed genes during the different phases of A. fumigatus conidiogenesis and (5) identify genes regulated by UVB radiation in A. fumigatus young mycelia. A. fumigatus, A. nidulans, and M. anisopliae conidia were exposed to 1000 mW m-2 UV irradiance for 15, 30, 60 and 90 min. Total Quaite-weighted doses were 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2, respectively. The frequencies of dimers were linear and directly proportional to the doses, with 0.215, 0.455, 0.803 and 1.628 CPDs 10 kb-1 detected at the doses of 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2 in A. fumigatus, 0.037, 0.077, 0.142 and 0.202 CPDs 10 kb-1 in A. nidulans, and 0.041, 0.085, 0.155 and 0.255 CPDs 10 kb-1 in M. anisopliae. The frequency of dimers in the M. anisopliae albino mutant DWR 180 (0.552 10 kb-1) was approximately ten times higher than of the wild-type ARSEF 23 strain (0.057 10 kb-1) after exposure to doses of 1.8 kJ m-2. DNA microarrays carrying sequence of 11,000 genes of A. fumigatus were used to compare transcriptomes of 20 h-old mycelia (initial phase of the conidiogenesis), 24 h (intermediate phase) e 25 h (final phase) with young mycelia transcriptome. Thirty-four genes displayed a statistically significant difference in expression (7 with increase and 27 with decrease mRNA expression) in 20 h-old mycelia, 101 genes (12 with increase and 89 with decrease) in 24 h-old mycelia and 76 genes (8 with increase and 68 with decrease) in 25 h-old mycelia. Some overexpressed genes (stuA ad the scytalone dehydratase gene) were previously related to specific phases of conidiogenesis but the function of most of them is unknown. Transcriptome analysis using microarrays was also used to identify genes modulated by exposures to UVB radiation (1,8 kJ m-2) in A. fumigatus young mycelia. One hundred and one differentially expressed genes were identified at the end of the exposure to UVB radiation (51 genes with increase and 50 with decrease). The radc gene displayed the higher increase in expression (approximately 16 ×). The function of most of the overexpressed genes is unknown. Four hundred and eighteen differentially expressed genes were identified 30 min after the end of exposure (51 genes with increase and 367 with decrease in expression).

Doctor of Philosophy / Department of Plant Pathology / Richard B. Todd / Fungi can be found living in a range of environments, including soil and the ocean, and as pathogens of plants and animals. The ability of fungi to adapt to diverse and changing environments is dependent on their ability to sense and respond to an array of signals, including the presence or absence of nitrogen nutrients. Fungi can utilize a diverse array of nitrogen nutrients and do so in a regulated and preferential manner. When preferred nitrogen nutrients such as ammonium and glutamine are present (nitrogen sufficiency), genes required for the utilization of alternative nitrogen sources are not expressed. In the absence of a preferred nitrogen source (nitrogen limitation) the genes for utilization of alternative nitrogen sources are transcriptionally derepressed and can be induced by the presence of a particular nitrogen nutrient, such as nitrate or proline. In the absence of any nitrogen nutrient (nitrogen starvation) the expression of some genes is further elevated. In filamentous fungi the expression of genes required for the utilization of nitrogen nutrients is coordinated by the orthologs of the conserved Aspergillus nidulans GATA transcription factor AreA, which activates transcription of nitrogen utilization genes. AreA activity is controlled by autogenous transcriptional activation, mRNA transcript stability, regulated nucleo-cytoplasmic distribution, and interactions with NmrA, AreB and TamA. The combined effect of these regulatory mechanisms generally results in AreA being inactive during nitrogen sufficiency and active during nitrogen limitation and nitrogen starvation. However, during nitrogen sufficiency AreA remains active at the promoters of some genes, including gdhA, which encodes the key nitrogen assimilation enzyme NADP-dependent glutamate dehydrogenase. In this work we have used both classical genetics and next generation sequencing approaches to examine regulated gene expression and how AreA activity is modulated, primarily during nitrogen sufficiency. We have studied regulation of gdhA to characterize how AreA evades nitrogen metabolite repression. We identify leucine biosynthesis as being a key regulatory signal involved in gdhA expression and characterize the genes required for leucine biosynthesis. We also show that TamA regulates the gdhA promoter by direct DNA binding, which requires interaction with AreA. We have also characterized repression of AreA to identify a potential mode of NmrA corepressor action. Finally, we have characterized the AreA nuclear export signal and explored mechanisms that control regulated nuclear export of AreA.

Carbon catabolite repression in A. nidulans is a regulatory system which allows the organism to utilize the most preferable carbon source by repressing the expression of genes encoding enzymes utilizing alternative carbon sources. A ubiquitination pathway was shown to be one of the key mechanisms which regulate carbon source utilization, when creB was found to encode a deubiquitinating enzyme. Strains containing mutations in creB show loss of repression for some metabolic pathways in carbon catabolite repressing conditions, and also grow very poorly on several sole carbon sources such as quinate and proline, suggesting CreB plays multiple roles in the cell. This work describes the analysis of the interaction of CreB with CreA, and with PrnB and QutD. Various epitope-tagged versions of CreA were expressed in A. nidulans, and an internally located HA-epitope tag was found to allow detection of CreA using Western analysis. A diploid strain was constructed between strains containing HA-tagged CreA and FLAG-tagged CreB. When CreB was immunoprecipitated, HA-tagged CreA was also precipitated in the diploid, indicating that CreA and CreB are present in a complex in vivo. To determine whether CreA is a ubiquitinated protein, a version of CreA that was tagged with both an HA epitope and a His-tag was expressed in A. nidulans, and protein extracts were precipitated with an UbiQapture™-Q matrix. Western analysis was used to show that CreA was present in the precipitate. These findings suggest that CreA is a ubiquitinated protein, and a target of the CreB deubiquitination enzyme. To determine whether the proline permease (PrnB) is a direct substrate of CreB, plasmids to express epitope-tagged versions of PrnB were constructed and introduced into the prnB mutant strain. No tagged protein could be detected by Western analysis, even when these constructs were over-expressed from the gpdA promoter. However, a construct to express an HA epitope tagged version of quinate permease (QutD) fully complemented the qutD mutant strain, and HA-tagged QutD could be easily detected in Western analysis when probed with the anti-HA monoclonal antibody. A diploid strain was made between a complementing transformant and a strain expressing a FLAG-tagged CreB construct. When QutDHA was immunoprecipitated, CreBFLAG was detected in the immunoprecipitate of the diploid. A proportion of QutDHA was also co-precipitated in the diploid when CreBFLAG was immunoprecipitated. Thus, CreB is present in a complex with QutD in vivo. Further results showed that the concentration of QutD in the cell is lower in a creB null mutant background than in the wild-type background, indicating that deubiquitination is required to prevent protein turnover. Northern analysis of mRNA showed that the failure of creB mutant strains to grow on quinate medium was not due to a failure of transcriptional induction of qutD, as the amount of mRNA was not lower in a creB1937 mutant background compared to the wild-type. Furthermore, experiments were undertaken that showed that QutD is a ubiquitinated protein. These findings suggest that quinate permease is regulated through deubiquitination involving the CreB deubiquitination protein in A. nidulans. In addition to the candidate protein approach asking whether CreA is a substrate of CreB, a proteomics approach was also used to identify proteins that interact with CreA. However, no clear interacting proteins were identified using this approach. / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Molecular and Biomedical Science, 2008