アスペルギルスニジェールXLNRおよびXKIA変異体のトランスクリプトーム分析は、コーンストーバーと大豆船体で成長しました。

背景：菌類による酵素植物バイオマス分解は、非常に複雑なプロセスであり、バイオベースの経済の発展における主要な課題の1つです。一部の産業菌（Aspergillus nigerなど）には、植物のバイオマス分解に関して長い使用歴があり、そのため、このトピックの「モデル」種になりました。A.ニジェールは、植物ベースの多糖類を分解する幅広い能力を持つ主要な産業酵素生産者です。A.ニジェール野生型、（ヘミ）セルロール分解レギュレーター（XLNR）およびキシルロキナーゼ（XKIA1）変異株を、モノコット（コーンストーバー、CS）およびダイコット（大豆船体、SBH）基板上で増殖させました。XKIA1変異体は、ペントースD-キシロースとL-アラビノースおよび多糖類を利用することができず、以前に（ヘミ）セルロール分解活性化因子XLNRおよびアラビナノリ酸転写活性化因子ARARの（ヘミ）セルロール分解活性化因子の誘導物質を蓄積することが以前に示されました。標的遺伝子の過剰発現をもたらします。XLNR変異体は、キシランの成長を減少させ、標的遺伝子のダウンレギュレーションを示しています。したがって、変異体はキシランに同様の表現型を持っていますが、反対の転写効果があります。D-キシロースとL-アラビノースは、ほぼすべての植物由来のバイオマス材料でD-グルコース後の最も豊富な単糖です。この研究では、トランスクリプトーム分析により、2つのペントースが豊富な基質での成長中のXLNRおよびXKIA1変異の効果を評価しました。 結果：カザイム、代謝経路、植物のバイオマス分解に関連する転写因子に特に注意が払われました。植物バイオマスの分解に関与する主要な酵素をコードする遺伝子は、CSおよびSBHの成長の開始時にダウンレギュレートされました。ただし、後の時点で、SBHと比較してCS上の両方の変異体の発現プロファイルに有意差が見られました。 結論：この研究は、純粋な単糖および多糖類にかなり単純な表現型を持つ変異株が、粗植物バイオマスにはそれほど透明でない表現型と転写型を持っていることを示すことにより、菌類による植物バイオマス分解プロセスの高い複雑さを示しています。

BACKGROUND: Enzymatic plant biomass degradation by fungi is a highly complex process and one of the leading challenges in developing a biobased economy. Some industrial fungi (e.g. Aspergillus niger) have a long history of use with respect to plant biomass degradation and for that reason have become 'model' species for this topic. A. niger is a major industrial enzyme producer that has a broad ability to degrade plant based polysaccharides. A. niger wild-type, the (hemi-)cellulolytic regulator (xlnR) and xylulokinase (xkiA1) mutant strains were grown on a monocot (corn stover, CS) and dicot (soybean hulls, SBH) substrate. The xkiA1 mutant is unable to utilize the pentoses D-xylose and L-arabinose and the polysaccharide xylan, and was previously shown to accumulate inducers for the (hemi-)cellulolytic transcriptional activator XlnR and the arabinanolytic transcriptional activator AraR in the presence of pentoses, resulting in overexpression of their target genes. The xlnR mutant has reduced growth on xylan and down-regulation of its target genes. The mutants therefore have a similar phenotype on xylan, but an opposite transcriptional effect. D-xylose and L-arabinose are the most abundant monosaccharides after D-glucose in nearly all plant-derived biomass materials. In this study we evaluated the effect of the xlnR and xkiA1 mutation during growth on two pentose-rich substrates by transcriptome analysis. RESULTS: Particular attention was given to CAZymes, metabolic pathways and transcription factors related to the plant biomass degradation. Genes coding for the main enzymes involved in plant biomass degradation were down-regulated at the beginning of the growth on CS and SBH. However, at a later time point, significant differences were found in the expression profiles of both mutants on CS compared to SBH. CONCLUSION: This study demonstrates the high complexity of the plant biomass degradation process by fungi, by showing that mutant strains with fairly straightforward phenotypes on pure mono- and polysaccharides, have much less clear-cut phenotypes and transcriptomes on crude plant biomass.