Funktionelle genomische Analyse in Trichoderma reesei

Das Leben der meisten Organismen ist geprägt vom Vorhandensein von Nährstoffen, der Notwendigkeit sich Fortzupflanzen und der Erdumdrehung, die die täglichen Unterschiede zwischen Licht und Dunkelheit verursacht. Im vorliegenden Projekt beabsichtigen wir, die molekulare Maschinerie für den Empfang von Umweltsignalen des biotechnologisch wichtigen Pilzes Trichoderma reesei (Hypocrea jecorina) zu untersuchen. Dabei werden wir die Expression von Cellulasegenen und sexuelle Entwicklung unter kontrollierten Lichtbedingungen als Modellprozesse verwenden. Für diese Prozesse ist einerseits der Empfang der Signale entscheidend, eine Aufgabe die in großen Maße durch G-Protein gekoppelte Rezeptoren ausgeführt wird. Andererseits werden die empfangenen Signale in beträchtlichem Ausmaß durch Kinasen und Phosphatasen, die wesentliche Signalüberträger darstellen, an die Zielpromotoren übermittelt. Ein wichtiges Ziel dieses Projektvorschlags ist die Aufklärung der Verbindung zwischen Nährstoff-Signalübertragung und dem Erkennen eines Fortpflanzungspartners sowie der Veranlassung sexueller Entwicklung. Obwohl bekannt ist, dass sich verschlechternde Umweltbedingungen - im Speziellen das Fehlen geeigneter Nahrungsquellen - sexuelle Entwicklung begünstigt, wurde dieser Zusammenhang mit Signalwegen bisher kaum untersucht. Dieses Projekt wird das erste vollständige Set von Deletionsstämmen einer definierten Gruppe von Genen, gemeinsam mit einer funktionellen Charakterisierung in T. reesei liefern. Die Untersuchung des Einflusses der Signalübertragungsgene auf die sexuelle Entwicklung unter Einbeziehung von Genen, deren Funktion in der sexuellen Entwicklung bekannt ist, wir uns ermöglichen, Kreuzungspunkte und Kontrollstellen des Zusammenhangs zwischen sexueller Entwicklung und Umweltsignalübertragung zu identifizieren. Damit werden wir nicht nur die Methode des High-Throughput Gene Knockout für T. reesei erstmals etablieren, sondern mit unserer Anwendung auf die Signalübertragung auch entscheidende Einsichten in die physiologische Bedeutung von Signal empfangenden und übertragenden Proteinen liefern. Diese Daten stellen sowohl für die Grundlagenforschung in der Signalübertragung von Pilzen, als auch in der industriellen Anwendung dieser Organismen eine bedeutende Basis für die Stammentwicklung dar.

Das Leben der meisten Organismen ist geprägt vom Vorhandensein von Nährstoffen, der Notwendigkeit sich Fortzupflanzen und der Erdumdrehung, die die täglichen Unterschiede zwischen Licht und Dunkelheit verursacht. Im vorliegenden Projekt beabsichtigen wir, die molekulare Maschinerie für den Empfang von Umweltsignalen des biotechnologisch wichtigen Pilzes Trichoderma reesei (Hypocrea jecorina) zu untersuchen. Dabei werden wir die Expression von Cellulasegenen und sexuelle Entwicklung unter kontrollierten Lichtbedingungen als Modellprozesse verwenden. Für diese Prozesse ist einerseits der Empfang der Signale entscheidend, eine Aufgabe die in großem Maße durch G-Protein gekoppelte Rezeptoren ausgeführt wird. Andererseits werden die empfangenen Signale in beträchtlichem Ausmaß durch Kinasen und Phosphatasen, die wesentliche Signalüberträger darstellen, an die Zielpromotoren übermittelt. In Laufe dieses Projekts haben wir eine Sammlung von Deletionsstämmen wichtiger Signalübertragungskomponenten hergestellt, die nun die effiziente Untersuchung der Rolle von Kinasen, Phosphatasen und G-protein gekoppelten Rezeptoren in der Physiologie von T. reesei ermöglicht. Die phänotypische Analyse einzelner Gruppen dieser Gene hat verschiedene Funktionen in der Regulation von Wachstum, sexueller und asexueller Entwicklung, Cellulase Expression, Protease Produktion und Sekundärmetabolismus gezeigt. Durch die Untersuchung der Funktion der G-protein gekoppelten Rezeptoren auf ihre Rolle in der Wahrnehmung von Oberflächen konnten wir die Detektion von Cellulose als Funktion der Klasse XIII G-protein gekoppelten Rezeptoren zeigen. Dadurch fanden wir auch heraus, dass diese Rezeptoren Glukose detektieren und für die Ausbildung von Anlagerungsstrukturen auf natürlichen Substraten verantwortlich sind. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit von Kinasen, Phosphatasen und G-protein gekoppelten Rezeptoren für die Verwertung Cellulose haltiger Pflanzenbiomasse durch Pilze. Daher sind die Ressourcen die wir in unserem Projekt hergestellt haben von großem Interesse für die industrielle Stammverbesserung von T. reesei um nachhaltige, umweltfreundliche, grüne Fermentationsprozesse zu erreichen, die zur Decarbonisierung konventioneller chemischer Prozesse von der Biotreibstoffproduktion bis hin zu mehrstufigen chemischen Umsetzungen unter der Verwendung von Enzymen unerlässlich sind.