Pectin lyase overproduction by Penicillium griseoroseum mutants resistant to catabolite repression

Abstract Expression of pectinolytic genes is regulated by catabolic repression limiting the production of pectin lyase (PL) if the natural inducer, pectin, is missing from the growth medium. Here, we report the isolation of Penicillium griseoroseum mutants resistant to 2-deoxy-d-glucose (DG) that show resistance to catabolite repression and overproduce PL. Three spontaneous and nine UV-induced mutants were obtained. Some mutants produced sectors (segments morphologically different) that were also studied. The mutants were analyzed for pectinases production on pectinase-agar plates and five mutants and two sectors showing larger clearing zones than the wild type were selected for quantitative assay. Although PL production higher than the wild type has been found, phenotype instability was observed for most of the mutants and, after transfers to nonselective medium, the DG resistance was no longer present. Only mutants M03 and M04 were stable maintaining the DG-resistance phenotype. When growing for 120 h in liquid medium containing glucose with or without pectin, both mutants showed higher PL production. In the presence of glucose as sole carbon source, the mutant M03 produced 7.8-fold more PL than the wild type. Due its phenotypic stability and PL overproduction, the mutant M03 presents potential for industrial applications.

Isolation and characterization of endophytic bacteria isolated from the leaves of the common bean (Phaseolus vulgaris)

The common bean is one of the most important legumes in the human diet, but little is known about the endophytic bacteria associated with the leaves of this plant. The objective of this study was to characterize the culturable endophytic bacteria of common bean (Phaseolus vulgaris. leaves from three different cultivars (Vermelhinho, Talismã, and Ouro Negro) grown under the same field conditions. The density of endophytic populations varied from 4.5 x 10² to 2.8 x 10³ CFU g-1 of fresh weight. Of the 158 total isolates, 36.7% belonged to the Proteobacteria, 32.9% to Firmicutes, 29.7% to Actinobacteria, and 0.6% to Bacteroidetes. The three P. vulgaris cultivars showed class distribution differences among Actinobacteria, Alphaproteobacteria and Bacilli. Based on 16S rDNA sequences, 23 different genera were isolated comprising bacteria commonly associated with soil and plants. The genera Bacillus, Delftia, Methylobacterium, Microbacterium, Paenibacillus, Staphylococcus and Stenotrophomonas were isolated from all three cultivars. To access and compare the community structure, diversity indices were calculated. The isolates from the Talismã cultivar were less diverse than the isolates derived from the other two cultivars. The results of this work indicate that the cultivar of the plant may contribute to the structure of the endophytic community associated with the common bean. This is the first report of endophytic bacteria from the leaves of P. vulgaris cultivars. Future studies will determine the potential application of these isolates in biological control, growth promotion and enzyme production for biotechnology.

Production and regeneration of protoplasts from orchid Mycorrhizal Fungi Epulorhiza repens and Ceratorhiza sp

The aim of this work was to study the standardization of conditions to obtain and regenerate Epulorhiza repens and Ceratorhiza sp. protoplasts. For E. repens, the largest number of protoplasts (8.0 × 10(6) protoplasts/mL) was obtained in 0.6 M KCl, using 15 mg/mL of Lysing Enzymes, and 2-day-old fungal mycelium. When 0.5 M sucrose was used as osmotic stabilizer, the highest frequency of regeneration was achieved (8.5 percent); 80.0 percent of protoplasts were nucleated, and 20.0 percent anucleated. For Ceratorhiza sp., the largest number of protoplasts (4.0 × 10(7) protoplasts/mL) was achieved in 0.6 M NaCl, when 15 mg/mL of Lysing Enzymes and 15mg/mL of Glucanex, with 2-day-old fungal mycelium were used. The highest frequency of regeneration was 6.7 percent using 0.5 M sucrose as osmotic stabilizer; 88.8 percent of protoplasts were nucleated, and 11.2 percent anucleated.

O objetivo deste trabalho foi padronizar as condições de obtenção e regeneração de protoplastos de Epulorhiza repens e Ceratorhiza sp. Para o fungo E. repens, a maior produção de protoplastos, 8.0 x 10(6) protoplastos/mL, foi obtida em KCl 0.6 M, na presença de 15 mg/mL de "Lysing Enzymes" e micélio fúngico com 2 dias de idade. A maior freqüência de regeneração obtida foi de 8,5 por cento quando sacarose 0.5 M foi utilizada como estabilizador osmótico. Do total de protoplastos obtidos, 80 por cento eram nucleados e 20 por cento anucleados. Para Ceratorhiza sp., a maior produção de protoplastos, 4,0 x 10(7) protoplastos/mL, foi obtida em NaCl 0.6 M, na presença de 15 mg/mL de "Lysing Enzymes" e 15mg/mL de Glucanex, e micélio fúngico com 2 dias de idade. A maior freqüência de regeneração obtida foi de 6.7 por cento utilizando sacarose 0.5 M como estabilizador osmótico. Do total de protoplastos obtidos, 88.8 por cento eram nucleados e 1.2 por cento anucleados. O estabelecimento de protocolo otimizado para obtenção e regeneração de protoplastos dos fungos E. repens e Ceratorhiza sp. é importante, permitindo o estabelecimento de técnicas de transformação genética, o isolamento de mutantes, a determinação de cariótipo eletroforético e o cruzamento de linhagens.

Método para mapeamento de locos controladores de características oligogênicas / Genetic mapping of oligogenic traits using maximum likehood functions

Características oligogênicas de distribuição discreta e expressão governada por poucos genes de maior efeito têm se mostrado importantes na condução dos programas de melhoramento, com destaque para a resposta de resistência das plantas às doenças. Métodos tradicionais de detecção de QTL's, que pressupõem normalidade e herança governada por múltiplos fatores, não deveriam ser utilizados para mapeamento dessas características de distribuição discreta e interação epistática predominante. O objetivo deste trabalho é avaliar os resultados de um método para mapeamento e detecção de locos controladores da expressão de características oligogênicas, OTL's (Oligogenic Trait Loci). Esse método, definido como MMCO (Método de Mapeamento de Características Oligogênicas), utiliza funções de verossimilhança para obtenção de estimativas de ligação fatorial entre locos marcadores e locos controladores de características oligogênicas. Os resultados indicam que o método foi adequado para detecção de OTL's em populações F2 relativamente pequenas, compostas por 200 indivíduos, e que a determinação a priori do padrão de herança é condição necessária para a utilização dessa estratégia, que se diferencia por atender as pressuposições de análise, não necessitar de informação prévia de ordenamento entre as marcas e por permitir a obtenção de estimativas a partir da informação contida em todas as classes genotípicas.

Oligogenic traits are distinguished by their heritage ruled by higher effect genes and by their importance for cultivated plants, with emphasis to the plant disease resistance inheritance. The qualitative nature and epistatic interaction of these traits results in a heritage pattern that should not be interpreted through traditional QTL detection strategies. The objective of this work was to propose a method for Oligogenic Traits Loci (OTL) detection. This method, defined as Oligogenic Trait Mapping Method (OTMM) uses maximum likehood probability functions to obtain adjusted "r" estimates that express the distance among the molecular markers and the OTL loci. The results show that the method was adequate for OTL detection even in relatively small F2 populations. The prior definition of the oligogenic heritage pattern is one the main requirements of this method that focus in the attainment of the analysis presumptions without previous markers order information.

Genetic diversity of indigenous common bean (Phaseolus vulgaris L) rhizobia from the state of Minas Gerais, Brazil

We characterized indigenous common bean rhizobia from five districts of the state of Minas Gerais, Brazil. The isolates were trapped by two common bean varieties, the Mineiro Precoce (Andean origin) and Ouro Negro (Mesoamerican origin). Analysis by BOX-PCR of selected isolates detected a high level of genetic diversity.

Restriction enzyme improves the efficiency of genetic transformations in Moniliophthora perniciosa, the causal agent of witches’ broom disease in Theobroma cacao

The presence of restriction enzymes in the transformation mixture improved the efficiency of transformation in Moniliophthora perniciosa. The influence of the vector shape (linear or circular), the patterns of plasmid integration in genomic sites and the influence of the promoter used to express the gene marker were also analyzed. The addition of BamHI or NotI increased the number of transformants by 3-10-fold and 3-fold, respectively, over the control without added enzyme. The use of pre-linearized plasmid did not increase the transformation efficiency in comparison with the circular plasmid. However, the frequency of multi-copy transformants increased significantly. The transformation procedure here reported resulted in better production of protoplasts and transformation efficiency. In addition, the time necessary for the detection of the first transformants and the number of insertions were reduced.

A presença de enzima de restrição na mistura de transformação aumentou a eficiência da transformação em Moniliophthora perniciosa. A influência da forma do vetor (linear ou circular), o padrão de integração do plasmídeo nos sítios genômicos e a influência do promotor usado para expressar o gene marcador foram também analisados. A adição de BamHI ou NotI aumentou o número de transformantes 3-10 vezes e 3 vezes, respectivamente, em relação ao controle sem a adição da enzima. O uso de plasmídeos pré-linearizados não aumentou a eficiência da transformação quando comparado à eficiência obtida com plasmídeos circulares. No entanto, a freqüência de transformantes multi-cópias aumentou significativamente. Juntos os procedimentos reportados aqui resultaram em processos mais eficientes de produção de protoplastos e transformação, onde o tempo necessário para o aparecimento dos transformantes e o número de inserções múltiplas foi reduzido.

Isolation of recombinant strains with enhanced pectinase production by protoplast fusion between Penicillium expansum and Penicillium griseoroseum

Protoplast fusion between complementary auxotrophic and morphological mutant strains of Penicillium griseoroseum and P. expansum was induced by polyethylene glycol and calcium ions (Ca2+). Fusant strains were obtained in minimal medium and a prototrophic strain, possibly diploid, was chosen for haplodization with the fungicide benomyl. Different recombinant strains were isolated and characterized for occurrence of auxotrophic mutations and pectinolytic enzyme production. The fusant prototrophic did not present higher pectinase production than the parental strains, but among 29 recombinants analyzed, four presented enhanced enzyme activities. The recombinant RGE27, which possesses the same auxotrophic and morphologic mutations as the P. griseoroseum parental strain, presented a considerable increase in polygalacturonase (3-fold) and pectin lyase production (1.2-fold).

Fusões de protoplastos entre linhagens mutantes auxotróficas e morfológicas complementares de Penicillium griseoroseum e P. expansum foram induzidas por polietilenoglicol e íons cálcio (Ca2+). Fusionantes foram obtidos em meio mínimo e uma linhagem prototrófica, possivelmente diplóide, foi selecionada para a haploidização com o fungicida benomil. Diferentes linhagens recombinantes foram isoladas e caracterizadas quanto à presença de mutações auxotróficas e a produção de enzimas pectinolíticas. O fusionante prototrófico não apresentou maior atividade de pectinases em relação às linhagens parentais, entretanto, entre 29 recombinantes analisados, quatro apresentaram maiores atividades enzimáticas. O recombinante RGE27, o qual possui as mesmas mutações auxotróficas e morfológicas que a linhagem parental de P. griseoroseum, apresentou um aumento considerável na produção de poligalacturonase (3 vezes) e de pectina liase (1,2 vezes).

Morphological and molecular differentiation of the pectinase producing fungi Penicillium expansum and Penicillium griseoroseum

Two species from the genus Penicillium, Penicillium expansum and P. griseoroseum (Brasilian isolates) were characterized morphologic and molecularlly. Morphological variability was detected among isolates in regard to colony morphology and to conidia coloration. The molecular characterization was based on the RAPD markers, telomeric fingerprinting and ITS sequencing. A total of 78 RAPD primers were used and 8 presented differences in band patterns with 54 percent of the amplified polymorphic fragments. The monomorphic fragments of 600 bp (P. expansum) and 594 bp (P. griseoroseum) were amplified. The only internal transcribed spacer region variation detected between the two species was the additional six initial nucleotides. The analysis by telomeric fingerprinting showed polymorphism between both species and the chromosome minimal numbers estimated were three. The polymorphism observed in the organization of the subtelomeric region in the genome of two Penicillium species within the high homogeneous Penicillium subgenus is for the first time reported and perhaps can be employed in future phylogenetic studies.

Penicillium expansum e P. griseoroseum foram caracterizados morfológica e molecularmente. Variações na morfologia das colônias e coloração dos conídeos foram observadas entre os isolados. A caracterização molecular foi baseada em marcadores RAPD, sequenciamento da região do espaçador interno transcrito do DNA ribossomal e "fingerprinting" telomérico. Foi usado um total de 78 primers RAPD, sendo que 8 apresentaram 54 por cento de fragmentos de DNA polimórficos. Os produtos da amplificação da região ITS de P. expansum e P. griseoroseum foram de 600 e 594 pb, respectivamente. Não foi detectada nenhuma variação na seqüência de nucleotídeos dessa região, comparando-se P. expansum e P. griseoroseum, exceto em relação aos seis nucleotídeos iniciais adicionais. Observou-se a ocorrência de polimorfismo na organização da região subtelomérica no genoma destes fungos e estimou-se um número mínimo de três cromossomos para estas espécies. Este é o primeiro trabalho que descreve a existência de polimorfismo na organização da região subtelomérica do genoma de espécies de fungos pertencentes ao gênero Penicillium, altamente homogêneo, indicando uma possível utilização da abordagem empregada neste estudo para pesquisas filogenéticas futuras.

Partial purification and characterization of xylanase produced by Penicillium expansum

Uma xilanase extracelular foi encontrada como a principal proteína na cultura filtrada de Penicillium expansum quando cultivado em farelo de trigo 0,3 %, a qual não mostrou multiplicidade. A enzima foi parcialmente purificada por fracionamento com sulfato de amônia, cromatografia de exclusão molecular, ultrafiltração e cromatografia de troca aniônica. O perfil de eluição das proteínas mostrou uma única forma de xilanase, sendo esta parcialmente caracterizada. A atividade da xilanase purificada foi ótima em pH 5.5 e à temperatura de 40 ºC. A enzima foi estável em pH entre 5,5 e 6,5 e à temperatura entre 20-40ºC. A enzima apresentou Km de 3,03 mM e Vmax de 0,027 mmol min-1 mg-1 de proteína. A atividade enzimática foi aumentada 31 % por Mg+2 e 28 % por Al+3.

Development of a transformation system for Penicillium brevicompactum based on the Fusarium oxysporum nitrate reductase gene

Penicillium brevicompactum é um fungo filamentoso que apresenta um potencial para a aplicacão industrial devido a sua eficiente producão de enzimas do complexo pectinolítico. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema de transformacão heterólogo para P. brevicompactum baseado na complementacão de um mutante nitrato redutase. Mutantes nitrato redutase foram obtidos pela resistência ao clorato de sódio em uma taxa de 23,24per center. O mutante denominado 4457-18X foi escolhido para os experimentos de transformacão com o vetor pNH24, que contém o gene da nitrato redutase de Fusarium oxysporum. Uma freqüência de cerca de 3 transformantes/mg de DNA foi obtida utilizando-se o vetor pNH24 na forma circular e um aumento de cerca de 10 vezes nessa freqüência foi alcancado com a utilizacão desse vetor linearizado com a enzima de restricão Xba I. A análise dos transformantes pela técnica de hibridizacão revelou uma tendência do vetor linearizado diminuir o número de integracões em relacão ao vetor circular. A integracão foi aleatória e estável nos transformantes analisados. O estabelecimento de um sistema de transformacão para P. brevicompactum é essencial para a manipulacão genética desse microrganismo.

Fermentation of sweet whey by recombinant "Escherichia coli" KO11

The production of ethanol from sweet whey using the recombinant "Escherichia coli" KO11, in batch fermentation, was tested. The maximum ethanol yield was reached after 96h, representing only 38(per cent) of the theoretical yield. The supplementation of whey with components of LB broth increased the maximum yield to 96(per cent) in 72h. The addition of 0.5(per cent) yeast extract to whey resulted in maximum yield of 47(per cent) at 36h and it increased to over 100(per cent) when yeast extract and trace metals solution (Fe++, Mn++ and Zn++) were added.

Isolation of pectinase hyperproducing mutants of Penicillium expansum

Com o objetivo de obter-se linhagens com maior produçäo de pectinases, Penicillium expansum foi mutagenizado com UV and NTG. Os mutantes selecionados foram analisados quanto à produçäo de enzimas pectinolíticas e comparados com a linhagem parental. Foram obtidos mutantes com aumento de até duas vezes na atividade de Pectina liase ou de Poligalacturonase. O mutante P462 apresenta aumento de 2 vezes na atividade de ambas enzimas

Efeito de extrato de levedura e pH do meio de cultura na produçäo de poligalacturonase por Penicillium expansum / Effect of yeast extract and medium ph on polygalacturonase production by penicillium expansum

Resumo: A atividade de poligalacturonase extracelular de Penicillium expasum foi dosada nos filtrados das culturas, após a remoçäo da massa micelial, a qual foi usada na determinaçäo do crescimento do microrganismo. As mulhores condiçöes de crescimento para produçäo de enzima, foram o uso de meio mineral näo tamponado e ausência de extrato de levedura. A produçäo da enzima foi dependente do pH do meio de crescimento, sendo em pH ácido (au)

Estabilidade de Plasmídio Recombinante em Zymomonas mobilis Ag11 / Stability of a recombinant plasmid in zymomonas mobilis Ag11

Resumo: Foram obtidos 19 plasmídios recombinantes contendo fragmentos de DNA plamidial de Zymomonas mobilis Ag11, clonados no sítio de EcoRI do pBR325. Os fragmentos clonados variaram de <0,5 a 8,6 Kb. O plasmídio recombinante pZMB12 teve seu peso aumentado, por processos de recombinaçäo, durante sua permanência em Z. mobilis Ag11. Este plasmídio denominado pZMBA12, ao ser clivado com seu tamanho original. O plasmídio recombinantee pZMB12 apresentou maior estabilidade em Z. mobilis do que em E. coli (au)

Isolamento e caracterizaçäo de bacteriófagos de Lactococcus lactis e Lactococcus cremosis / Isolation and characterization of lactococcal bacteriophages from cheese whey

Amostras de soro, coletadas em indústrias de queijo de Minas Gerais, Brasil, foram usada para isolar e caracterizar bacteriófagos de bactérias lácticas. Dez bacteriófagos foram observados em microscópio eletrônico e seus DNAs foram analisados em gel de agarose após a clivagem com várias enzimas de restriçäo. Sete bacteriófagos foram específicos para Lactococcus lactis subsp. cremosis e três para L. lactis subsp. lactis. As micrografias eletrônicas mostraram que todos os bacteriófagos apresentavam morfologia similar, contendo cabeça isométrica e cauda curta näo contrátil. Baseando-se no padräo de restriçäo do DNA e no tamanho do genoma, os bacteriófagos foram classificados em quatro grupos distintos. Todos os três bacteriófagos específicos para L. lactis subsp. lactis se situaram no mesmo grupo.

Pectin lyase activity of penicillium griseoroseum related to degumming of ramie

Foram estudados os efeitos de temperatura, pH, diferentes tampöes e íon cálcio, sobre a atividade de enzima pectina liase extracelular (PL), produzida pelo fungo Penicillium griseoroseum. PL degrada pectina cítrica mais eficientemente à pH 6,0 e 50oC. O tampäo de Sorensen proporcionou maior atividade enzimática, enquanto o íon cálcio näo afetou a mesma. Foi observada atividade de PL sobre fibras de rami (Boehmeria nivea, Gand) e pectina crítica, enquanto ácido poligalacturônico näo é substrato para a enzima