Phyisiological, genomic and metabolic characterization of the oleaginous yeast Papiliotrema laurentii UFV-1

Abstract

The interest on the use of microbial oils has increased for the production of fatty acids derivate products such as biofuels. The culture of oleaginous yeasts in abundant and low- cost raw materials is a promising alternative for biodiesel production. Due to the great microbial diversity found in Brazilian soils, the present project focused on the isolation of oleaginous yeasts from Rupestrian Fields soils and the study of the most prominent oleaginous yeast. The yeast Papiliotrema laurentii UFV-1 presented the lipids in the culture media with glucose and xylose as carbon sources. Unlike most oleaginous yeasts, lipid accumulation by P. laurentii UFV-1 begins at the exponential growth phase, presentin a lipid accumulation growth associated. Furthermore, evaluation of the profile for fatty acids may be considered suitable for biodiesel production. Relevant information was obtained after genomic analysis, such as the presence of a gene encoding for the malic enzyme NADP+-dependent and a single copy gene for the enzyme ATP citrate lyase, which is a key enzyme for oleaginous yeasts. We have found genes from alternative pathways for the lysine and leucine degradation, which may be alternative sources of acetyl-CoA for lipids accumulation. Analysis of expression and metabolic metabolism, including the NADP+-dependent malic enzyme, are the main sources of reducing the power for high accumulation of neutral lipids. Acetyl-CoA carboxylase activity is triggered over a period of increased lipid accumulation. We have found genes from alternative pathways for degradation of the amino acids leucine and lysine, which may be alternative sources of acetyl-CoA for lipid accumulation. Profile evaluation of gene expression and metabolism identified that the malic enzyme NADP +-dependent acts power reducing the great amount of neutral lipids accumulation. Interestingly, the expression profile for the ACC1 gene, which encodes acetyl-CoA carboxylase enzyme, decreased during the period of higher lipid accumulation. Furthermore, degradation of the amino acids lysine and leucine appear to contribute to acetyl-CoA synthesis in P. laurentii, according to the metabolic profile analysis. In general, metabolic pathways involved nitrogenous compounds were affected, according to the analysis pathway impact, which can be explained by the directional flow from carbon to lipid synthesis.Há um crescente interesse no uso de óleos microbianos para a produção de produtos derivados de ácidos graxos, como o biodiesel. O cultivo de leveduras oleaginosas em matérias-primas abundantes e de baixo custo é uma alternativa promissora para a produção de biodiesel. Devido à grande diversidade microbiana encontrada em solos brasileiros,o presente trabalho teve como objetivos o isolamento de leveduras oleaginosas a partir de amostras de solos de Campos Rupestres e o estudo da levedura oleaginosa de maior destaque. A levedura Papiliotrema laurentii UFV-1 apresentou os lipídios nos meios de cultura com glicose e xilose como fontes de carbono. Ao contrário da maioria das leveduras oleaginosas, o acúmulo de lipídios por P.laurenntii UFV-1 iniciou na fase de crescimento exponencial. Diferentemente da maioria das leveduras oleaginosas, o acúmulo de lipídios por P. laurentii UFV-1 inicia-se na fase exponencial de crescimento, apresentando um acúmulo de lipídios associado ao crescimento. Além disso, o perfil de ácidos graxos obtido nas condições avaliadas pode ser considerado adequado para a produção de biodiesel. Na análise do genoma, foram encontradas importantes informações, como a presença de um gene que codifica para a enzima málica NADP +- dependente, e uma única cópia para a enzima ATP: citrato liase, enzima chave para leveduras oleaginosas. Encontramos genes de vias alternativas para a degradação da lisina e leucina, que podem ser fontes alternativas de acetil-CoA para o acúmulo de lipídios. As análises de expressão gência e perfil metabólico, permitiram-nos concluir que a enzima málica NADP+-dependente é a principal fonte de poder redutor para o alto acúmulo de lipídios neutros. Surpreendentemente, o nível de expressão do gene ACC1 que codifica a enzima acetil-CoA carboxilase caiu durante o período de maior acúmulo de lipídios. Além disso, a degradação dos aminoácidos lisina e leucina parecem contribuir para a para a síntese de acetil-CoA em P. laurentii, de acordo com a análise de perfil metabólico. Em geral, as vias metabólicas envolvendo compostos nitrogenados foram estatisticamente afetadas, de acordo com a análise de impactos nas vias, o que pode ser explicado pelo direcionamento do fluxo de carbono para a síntese de lipídios.