Identificação e análise de vias de repressão por glicose em Spathaspora passalidarum

Abstract

A levedura Spathaspora passalidarum apresenta os melhores rendimentos em produção de etanol utilizando xilose como substrato, quando comparada a outras leveduras fermentadoras. Entretanto, a presença de glicose no meio impede o transporte e utilização desta pentose, aumentando o tempo de fermentação. Esse fenômeno de inibição da utilização de outras fontes de carbono é conhecido como repressão por glicose, e em Saccharomyces cerevisiae, é o resultado da ação de duas vias clássicas de sinalização: Snf3/Rgt2 e Snf1/Mig1. O objetivo do presente trabalho foi caracterizar tais vias em S. passalidarum e avaliar a influência destas no controle de genes do metabolismo de xilose. Análises in silico mostraram que S. passalidarum possui a maioria dos componentes das vias clássicas; no entanto, há baixa conservação das sequências em relação à S. cerevisiae. As análises de cis-elementos das regiões promotoras dos genes de enzimas envolvidas no metabolismo de xilose revelaram a presença de motivos de ligação para três fatores de transcrição pertencentes às vias clássicas – Rgt1, Adr1 e Mig1. Análises de expressão do gene XYL1.1 e do consumo de xilose na presença de glicose e/ou do análogo 2-deoxi-glicose sugerem a ocorrência de dois mecanismos de inibição do metabolismo de xilose em S. passalidarum: um a nível do transporte e outro a nível de repressão da expressão gênica. Em conjunto, nossos resultados apontam, em S. passalidarum, os elementos que provavelmente inibem o metabolismo de xilose na presença de glicose, o que será imprescindível para os futuros trabalhos de melhoramento da capacidade fermentativa desta levedura. Palavras-chave: Expressão gênica – Análise. Fermentação. Spathaspora passalidarum

The yeast Spathaspora passalidarum shows the best yields regarding etanol production utilizing xylose as substrate, when compared to other fermenting yeasts. However, the presence of glucose in the medium prevents the transport and utilization of this pentose, increasing the time of fermentation. This phenomenon of inhibition of the utilization of other carbon sources is known as glucose repression, and in Saccharomyces cerevisiae, is the result of the action of two classic signaling pathways: Snf3/Rgt2 and Snf1/Mig1. The aim of the present work was to characterize these pathways in S. passalidarum and evaluate their influence in the control of xylose metabolism genes. In silico analyses showed that S. passalidarum has most of the components of the classic pathways; nevertheless, there is low sequence conservation in comparison to S. cerevisiae. The analyses of cis-elements of promoting regions of the genes of enzymes involved in the metabolism of xylose showed the presence of binding motifs for three transcription factors belonging to the classic pathways – Rgt1, Adr1 and Mig1. The analysis of the XYL1.1 gene expression and of xylose consumption in the presence of glucose and/or the analogue 2-deoxyglucose suggest the occurrence of two inhibition mechanisms of xylose metabolism in S. passalidarum: one at the level of transport and the other at the level of gene expression. Together, our results point out, in S. passalidarum, the elements that probably inhibit xylose metabolism in the presence of glucose, which will be essential for future improvement of this yeast fermentative capacity Keywords: Genetic expression – Analysis. Fermentation. Spathaspora passalidarum