Estudio de la variación en los niveles de transcripción de genes de enzimas degradadoras de lignina en cultivos sólidos y sumergidos de Pleurotus ostreatus

Abstract

La lignocelulosa es el componente principal de la madera y de los residuos vegetales, lo que supone la mayor cantidad de biomasa de la tierra. La lignina es un polímero heterogéneo recalcitrante a la degradación química y biológica presente en la lignocelulosa. Existe un grupo de hongos denominados hongos de podredumbre blanca, que producen enzimas extracelulares capaces de degradar eficientemente este polímero. Los hongos de podredumbre blanca están siendo muy estudiados por su capacidad de incrementar la accesibilidad de la celulosa en el pretratamiento de residuos lignocelulósicos para la obtención de etanol. Dentro de este grupo de especies se encuentra Pleurotus ostreatus, un basidiomiceto comestible utilizado como modelo en este proyecto. Se cultivaron cinco cepas de P. ostreatus en paja y en un medio líquido sintético suplementado con extracto acuoso de paja de cereal como inductor de actividad lacasa. Se llevaron a cabo ensayos de expresión génica mediante qPCR y se midió la actividad lacasa usando DMP como sustrato. De entre los 12 genes Lacc que codifican lacasas, Lacc2, Lacc4 y Lacc10 incrementaron significativamente su expresión en medio líquido en presencia del inductor. No obstante, la actividad lacasa extracelular sólo aumentó en las cepas de crecimiento rápido. Además, el gen Lacc2 mostró un patrón de expresión específico de dicariontes. Finalmente, se detectó una isoforma de 40 kDa en geles SDSPAGE teñidos con DMP en los extractos enzimáticos obtenidos a a partir de cultivos líquidos y sólidos, que todavía no ha sido posible asociar a un gen Lacc en concreto.

Lignocellulose is the predominant component of woody and dead plant materials, and the most abundant biomass on the earth. Lignin is a heterogeneous polymer present in lignocellulose, nevertheless it is recalcitrant towards chemical and biological degradation. A group of fungal species known as white-rot fungus produce extracellular enzymes that make them able to efficiently degrade this polymer. White-rot fungi are being extensively studied because of their capacity to increase cellulose accessibility of lignocellulosic wastes in pre-treatment processes directed to ethanol production. The edible basidiomycete Pleurotus ostreatus is among this group of species, and it has been used as a lignin-degrading model in this project. Five P. ostreatus strains were grown on straw, and in a chemically defined liquid medium supplemented with an aqueous wheat straw extract as a putative inducer of laccase activity. Gene expression assays were carried out using qPCR, and laccase activity was measured using DMP as a substrate. Among the 12 Lacc genes coding for laccase isoforms, Lacc2, Lacc4, and Lacc10 relative expression was significantly increased in liquid media by the presence of the inducer in all strains, but extracellular laccase activity was surprisingly induced only in higher growth rate strains. Moreover, we found that Lacc2 shows a specific-dikaryon expression pattern. Finally, an unexpected 40 kDa laccase isoform was detected in SDS-PAGE gels stained DMP in both liquid and solid extracellular broth that still need to be associated to a specific Lacc gene.