Analyse du transcriptome de Trichoderma reesei pour amélioration de la production de cellulases

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THESE 2008

 Titre de la thèse

Analyse du transcriptome de Trichoderma reesei pour l’amélioration de la production de cellulases

 Doctorant

Thomas Portnoy

 Université-Ecole doctorale

Logique du Vivant (LDV) Université de Paris 6

 Directeur de thèse

Dr. Stéphane Le Crom, Ecole Normale Supérieure, Département de Biologie, INSERM U784, Laboratoire de Génétique Moléculaire du Développement, 46 rue d’Ulm, 75230 Paris

 Laboratoires d’accueil

- ENS, Département de Biologie, 46 rue d’Ulm, 75230 Paris
- TU Vienna, Institute of Chemical Engineering, Gene Technology and Applied Biochemistry, Getreidemarkt 9/E 1665, A-106 Vienna, Austria
- Département de Biotechnologie de IFP Energies nouvelles (IFPEN), 1-4 Avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison

 Responsable de thèse

Antoine Margeot, Département de Biotechnologie, IFPEN, Rueil-Malmaison

 Durée

Trois ans
fin 2008 à fin 2011

Résumé

Le présent sujet de thèse se propose d’explorer non pas le cocktail enzymatique produit par le champignon filamenteux, utilisé pour l’hydrolyse enzymatique de la biomasse lignocellulosique, mais les mécanismes au niveau génétique de sa production par fermentation. En effet, une marge de progrès semble envisageable dans ce domaine.
L’idée centrale du projet est de tirer parti du séquençage du génome de Trichoderma reesei pour l’étude du transcriptome et du génome de la souche de ce champignon CL 847. A cette fin, des puces à ADN seront utilisées. Cette technologie permet de visualiser l’expression de chacun des gènes du champignon à un instant donné. Une vue d’ensemble de l’état physiologique du microorganisme est obtenue et permet d’identifier des points d’amélioration de la fermentation ou des cibles génétiques pertinentes, afin de diminuer les coûts de production des enzymes cellulolytiques.
A partir d’échantillons obtenus lors de fermentations réalisées dans des conditions proches de celles utilisées à la taille industrielle, l’expression des gènes au cours de l’induction de la production de cellulases par la souche CL 847 sera suivie, et les acteurs génétiques clés de cette induction seront identifiés par analyse bioinformatique. Les acteurs potentiellement les plus influents seront soumis à modifications dans le génome de la souche (surexpression ou délétion) et les effets sur la production de cellulases par le champignon seront évalués.
Les modifications à apporter au génome pouvant être multiples, les travaux porteront également sur le développement d’outils de transformation génétique efficaces et novateurs qui devraient permettre à terme d’introduire différentes constructions dans la même souche productrice.

Résultats

  • Exploration des mécanismes génétiques sous-jacents aux comportements d’intérêt (production de cellulases) de Trichoderma reesei en bioréacteur,
  • Elargissement des connaissances des réponses cellulaires mises en jeu au cours de l’induction de la production de cellulases,
  • Description des effets du lactose, un des inducteurs pouvant être utilisé à l’échelle industrielle sur l’expression des facteurs de transcription centraux influençant l’expression des gènes d’enzymes cellulolytiques,
  • Description globale des effets de l’induction de la production de cellulases en bioréacteur sur l’expression des gènes de souches plus ou moins productrices de T.reesei,
  • Etablissement des premiers scénarios de régulations génétiques mis en jeu dans différentes souches d’intérêt de T.reesei dans des conditions de cultures industrielles,
  • Etablissement de l’implication de certains acteurs de la voie du métabolisme du galactose dans l’induction de la production de cellulases.

Perspectives

  • Les comparaisons du génome et du transcriptome des souches de T.reesei pourront être complétées par des études des flux et des équilibres métaboliques associés,
  • Des calculs de flux métaboliques apporteront de nombreuses précisions sur l’état physiologique des cellules au cours des différentes étapes du procédé de production de cellulases,
  • Des études des promoteurs des gènes qui voient leur expression modifiée au cours du processus semblent cruciales pour l’identification d’éventuels motifs de régulation communs et des facteurs de transcription qui leur sont associés,

A terme, ces travaux devraient permettre d’améliorer le procédé de production de cellulases et de ce fait, celui de fabrication d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique.

Livrables

Publications

  • Jourdren L, Duclos A, Brion C, Portnoy T, Mathis H, Margeot A, Le Crom S (2010). Teolenn : an efficient and customizable workflow to design high-quality probes for microarray experiments. Nucleic Acids Res., 1-9

  • Portnoy T, Margeot A, Linke R, Atanasova L, Fekete E, Sandor E, Hartl L, Karaffa L, Druzhinina IS, Seiboth B, et al (2011). The CRE1 carbon catabolite repressor of the fungus Trichoderma reesei : a master regulator of carbon assimilation. BMC Genomics, 12, 269

  • Portnoy T, Margeot A, Seidl-Seiboth V, Le Crom S, Ben Chaabane F, Linke R, Seiboth B, Kubicek CP (2011). Differential regulation of the cellulase transcription factors XYR1, ACE2 and ACE1 in Trichoderma reesei strains producing high and low levels of cellulases. Eukariotic Cell, 10, 262-271

Contact

Antoine Margeot
IFP Energies nouvelles, 1-4 Avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison Cedex
Tel : 01 47 52 71 96
Tel : 01 47 52 71 43 (secrétariat)
antoine.margeot@ifpen.fr