Signal transduction pathways towards cellulase gene expression in Trichoderma reesei

Abstract

Der Pilz Trichoderma reesei (Hypocrea jecorina) ist bekannt als "Arbeitstier" der Biotechnologie für die Produktion von Zellwand abbauenden Enzymen (besonders Cellulasen). Verbesserung der Induktion und der Regulation der Gene, die diese Enzyme codieren, ist ein wichtiger Aspekt für die industrielle Fermentation. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Prozessen die in der Induktion der Cellulase Gen Expression involviert sind. Studien des G-Protein und cAMP Signalübertragungsweges zeigen, dass die Cellulase Gen Transkription durch Licht reguliert wird. Die Lichtabhängige Regulation von gna3 korreliert mit der Komplexbildung des jeweiligen Promoters.<br />Untersuchungen der Adenylylcylcase (ACY1) und der cAMP abhängigen Protein Kinase A (katalyische Untereinheit, PKAC1) zeigen, das auch diese beiden Komponenten in der Cellulase Gen Transkription involviert sind. Aber diese Studien zeigen, das weder GNA3, ACY1 noch PKAC1 für die Induktion der Cellulase Expression verantwortlich sind. Ein Screening nach Genen, welche während der Cellulase Gen Induktion mit Sophorose exprimiert werden, resultierte in der Identifikation einer vermeintlichen Glukose-Ribitol Dehydrogenase (GRD1). Dieses Enzym ist bei der Cellulase Gen Expression involviert und wahrscheinlich auch im Induktionsprozess.<br />

The ascomycetous fungus Trichoderma reesei (anamorph: Hypocrea jecorina) is predominantly known as a biotechnological workhorse for production of plant cell wall degrading enzymes, especially cellulases.<br />Improvement of induction and regulation of the genes encoding these enzymes is of crucial importance for industrial fermentations. The present work deals with processes involved in induction of cellulase gene expression. Studies on the signal transduction pathway of heterotrimeric G-proteins as well as their downstream targets of cAMP signaling revealed that the G-protein alpha subunit GNA3 regulates cellulase gene transcription in a light dependent manner. The light-dependent regulation pattern of gna3 thereby correlates with complex formation within the respective promotor. Investigation of adenylate cyclase (encoded by acy1) and cAMP dependent protein kinase A (catalytic subunit 1, encoded by pkac1) revealed also for these components involvement in regulation of cellulase expression. However, these studies also showed that neither GNA3 nor ACY1 or PKAC1 are responsible for induction of this process. Screening for factors enhanced upon induction of cellulase gene expression by sophorose resulted in identification of a putative glucose-ribitol dehydrogenase (GRD1). This enzyme contributes to efficient cellulase gene expression and is likely to be involved in the induction process.