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Title
The role of methyltransferase LAE1 and related proteins for Trichoderma interaction with its environment / von Razieh Karimi Aghcheh
AuthorRazieh Karimi Aghcheh
CensorKubicek, Christian P. ; Druzhinina, Irina ; Seiboth, Bernhard ; Strauss, Joseph
Published2013
DescriptionGetr. Zählung : graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Diss., 2014
Annotation
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)LAE1 Methyltransferase Trichoderma
Keywords (GND)Methyltransferasen / Proteine / Trichoderma
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-51441 Persistent Identifier (URN)
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The role of methyltransferase LAE1 and related proteins for Trichoderma interaction with its environment [35.01 mb]
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Abstract (German)

Das zuerst in Aspergillus spp. gefundene lae1 -Gen kodiert für eine putative Methyltransferase, die in einem Komplex mit VeA,(VeA und VELB )als Master-Regulator des Sekundärstoffwechsels, der Virulenz sowie der Entwicklung wirkt. LaeA reguliert auch die Biosynthese von Sekundärmetaboliten in dem Penicillin-Produzenten Penicillium chrysogenum und den phytopathogenen Pilzen Fusarium fujikuroi (zB Gibberelline) und Cochliobolus heterostrophus. In allen diesen Prozessen wirkt LaeA auf Ebene der Chromatin Modifikation, und ermöglicht dadurch die koordinierte Transkruiption von Genclustern. Berichte über die Beteiligung von LaeA in anderen zellulären Prozessen sind nicht verfügbar.

Trichoderma ist eine PIlzgattung mit breiten Anwendungen. T. reesei ist bekannt für seine Produktion von Enzymen für die Hydrolyse pflanzlicher Biomasse, während T. atroviride sich durch einen ausgeprägten Mykoparasitismus aufweist und daher industriell als Biokontrollmittel angewandt wird. Die Gene, die Cellulasen kodieren, befinden sich in Clustern in Genom und werden koordiniert exprimiert. Ein genomisches Clustering von unter mykoparasitischen Bedingungen exprimierten Genen ist auch in T. atroviride beobachtet worden. Um herauszufinden, ob LAE1 von T. reesei die Expression von Cellulasen reguliert verwendete ich einen reversen genetischen Ansatz: in einer lae1 Deletionsmutante beobachtete ich einen vollständigen Verlust der Expression aller sieben Cellulasen, Hilfs-Faktoren für die Celluloseabbau, [beta]-Glucosidasen und Xylanasen. Eine deutlich erhöhte Cellulasetranskription ergab sich in Mutanten mit erhöhter Expression von LAE1. Chromatinimmunpräzipitation, verbunden mit Hochdurchsatz-Sequenzierung ("ChIP-seq") zeigte jedoch, dass offensichtlich die LAE1 Expression nicht mit H3K4 di oder Trimethylierung (indikativ aktiver Transkription) oder H3K9 Trimethylierung (typisch für Heterochromatin Regionen) in CAZyme kodierenden Regionen korreliert. Genom-weite ChIP-Sequenzierung entdeckte 4089 Gene, die eine oder mehrere dieser Methylierung Marken ertragen, von denen 75 zeigten eine Korrelation zwischen beiden H3K4me2 oder H3K4me3 und Regulierung durch LAE1, was darauf hindeutet, dass LAE1 nicht direkt H3K4 oder H3K9 Methylierung moduliert.

Eine genomweite Genexpressionsanalyse zeigte ferner, dass LAE1 positiv die Transkription von 7 der 17 Polyketid- oder nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen reguliert. Außerdem wurden Gene, Proteine mit Ankyrin-Domainen, Eisenaufnahme, Heterokaryon Inkompatibilitäts-Proteine, PTH11-Rezeptoren und verschiedene Oxidasen / Monoxygenasen kodieren, durch LAE1 reguliert. Um zu untersuchen, ob das Velvet A Protein aus T. reesei für die Regulierung der Bildung von Cellulase durch LAE1 erforderlich ist, wurde das T. reesei Ortholog von vel1 charakterisiert. Deletion von vel1 beeinflusste nicht die Cellulase Genexpression in T. reesei, aber vel1 Überexpression hat sie stark verbessert. Ähnliche Ergebnisse wurden auch für die Bildung von Xylanase und ß-Xylosidase Enzymaktivitäten erhalten. Die Stimulierung der Cellulase Genexpression durch Überexpression von vel1 war abhängig von einer funktionellen LAE1 Allel und damit wurde ein vel1-unabhängigen Modus der Aktivierung durch LAE1 in T. reesei angedeutet.

In T. atroviride führte der Verlust der Funktion von LAE1 zu einer stark verringerten mykoparasitischen Aktivität und einer signifikanten Unterexpression von mehreren Genen, die früher als unter mykoparasitischer Interaktion hochreguliert gezeigt wurden, wie z. B Proteasen, GH16 ß-Glucanasen, Polyketidsynthasen und kleine Cystein-reiche sekretierte Proteine. Dies korrelierte auch mit der teilweisen Verringerung der Bildung von fungiziden wasserlöslichen Metaboliten und flüchtigen Metaboliten. Zusammenfassend deuten meine Daten auf neue Rollen von LAE1 in der Physiologie von Trichoderma hin.

LAE1 scheint ein Regulator des Fitness von Pilzen in ihrem spezifischen Habitat zu sein.

Abstract (English)

In Aspergillus spp. the laeA (loss of aflR expression) gene encodes a putative methyltransferase that acts in a complex with VeA, i.e., Velvet A, and VelB i.e., Velvet-like B, as master regulator of secondary metabolism, virulence as well as development. LaeA is also required for the biosynthesis of secondary metabolites in the penicillin producer Penicillium chrysogenum and the phytopathogenic fungi Fusarium fujikuroi (e.g., gibberellins) and Cochliobolus heterostrophus respectively- In all these processes, LaeA acts at the level of chromatin modification thereby rendering gene clusters to be coordinately transcribed. Reports about the involvment of LaeA in other cellular processes is not available. Trichoderma is a genus of filamentous fungi with broad range of applications. T. reesei is well known for its production of enzymes used for plant biomass hydrolysis whereas T. atroviride is conspicuous for its vigorous mycoparasitism and is therefore industrially applied as a biocontrol agent. The genes encoding cellulases are found in clusters in genome and expressed coordinately. Similarly, genomic clustering of mycoparasitic genes have been also observed in T. atroviride. In order to learn whether LAE1 of T. reesei is involved in the expression of cellulase genes I used reverse genetics to show that is indeed the case: in a lae1 deletion mutant we observed a complete loss of expression of all seven cellulases, auxiliary factors for cellulose degradation, [beta]-glucosidases and xylanases were no longer expressed.

Conversely, enhanced expression of lae1 resulted in significantly increased cellulase gene transcription. Interestingly, chromatin immunoprecipitation followed by highthroughput sequencing ("ChIP-seq") showed that lae1 expression was not obviously correlated with H3K4 di or trimethylation (indicative of active transcription) or H3K9 trimethylation (typical for heterochromatin regions) in CAZyme coding regions. Genome-wide ChIP sequencing detected 4089 genes bearing one or more of these methylation marks, of which 75 exhibited a correlation between either H3K4me2 or H3K4me3 and regulation by LAE1, suggesting that LAE1 does not directly modulate H3K4 or H3K9 methylation.

Genome-wide gene expression analysis showed that lae1 positively regulates 7 of 17 polyketide or nonribosomal peptide synthases, genes encoding ankyrin-containing proteins, iron uptake, heterokaryon incompatibility proteins, PTH11-receptors, and oxidases/monoxygenases are major gene categories also regulated by LAE1. To investigate whether the Velvet A protein would be required for the regulation of cellulase formation by LAE1, I characterized the T. reesei orthologue vel1.

Deletion of vel1 did not affect cellulase gene expression in T. reesei, but vel1 overexpression strongly enhanced it. Similar findings were also obtained for the formation of xylanase and ß-xylosidase enzyme activities. The stimulation of cellulase gene expression by overexpressing vel1 was dependent on a functional lae1 allele, suggesting the operation of a vel1-independent pathway of activation by LAE1 in T. reesei.

In T. atroviride, loss of function of lae1 results in a loss of mycoparasitic activity correlated with a significant underexpression of several genes normally upregulated during mycoparasitic interaction (proteases, GH16 ß-glucanases, polyketide synthases and small cystein-rich secreted proteins), which was also reflected in the partial reduction of formation of fungicidal water soluble metabolites and volatile compounds. Summarizing, my data point to new roles of LAE1 in the physiology of Trichoderma. LAE1 appears to be a regulator of the fungus fitness in its specialized habitat.