DS0304 - Chimie durable, génie chimique et biotechnologie

Cocktails enzymatiques inspirés de modèles fongiques pour la déconstruction contrôlée de la biomasse végétale – FUNTUNE

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1.Comparative genomics & transcriptomics of lignocellulose deconstruction.
A pipeline was set up to compare multi -omics data generated from transcriptomics and secretomics. The method allowed the identification of groups of genes with similar transcription profiles that are highly transcribed and up-regulated during fungal growth on diverse lignocellulosic substrates.

2. In vitro characterization of fungal enzymes
In total 43 proteins were selected for heterologous production in Pichia pastoris. Among them, 29 proteins were produced in yeast and purified. Preliminary in vitro enzymatic assays were done for all expressed proteins.



A set of enzymes has been selected for deeper enzymatic characterization and analysis of their role on plant cell wall modifications.

1. Rosso Marie-Noëlle. Survey of the lignocellulolytic capabilities over the order Polyporales (Fungi, Basidiomycetes). Fungal Workshop. DOE JGI User meeting, Walnut Creek, CA, 2016 (oral communication)
2. Miyauchi Shingo, et al Combined –omics approaches highlight functional diversity for lignocellulose breakdown within a single genus of the order Polyporales, Basidiomycetes. DOE JGI User meeting, Walnut Creek, CA, 2016 (poster)
3. Anasontzis George et al. Characterization of GH131 family members from different fungal lifestyles. 4th Symposium on Biotechnology applied to Lignocelluloses, Madrid, June 19-22, 2016 (poster)
4. Miyauchi Shingo, et al. Comparative transcriptomics highlight functional diversity for lignocellulose breakdown within a single genus of the order Polyporales, Basidiomycetes. 6th Conference on Physiology of Yeasts and Filamentous Fungi, Lisbon, Portugal, 2016 (poster)
5. Zhang Feng,et al. Role of symbiosis-regulated plant cell wall degrading enzymes from Laccaria bicolor in ectomycorrhiza development. 13th European Conference on Fungal Genetics, Paris, France, 2016. (poster)
6. Zhang Feng, et al. Role of symbiosis-regulated plant cell wall degrading enzymes from Laccaria bicolor in ectomycorrhiza development. 13th European Conference on Fungal Genetics, Paris, France, 2016 (poster)
7. Miyauchi Shingo, et al. Applied Biomass Conversion Design for Fungal Green Technology (ABCDEFGT) for comparative fungal transcriptomics. 13th European Conference on Fungal Genetics, Paris, France, 2016 (poster)

Résumé de soumission

Le développement de bioprocédés basés sur la transformation de la biomasse végétale en alternative au carbone fossile est limité par deux verrous majeurs : la récalcitrance de la lignocellulose, qui augmente le coût des traitements, et la diversité des biomasses disponibles. La récalcitrance de la biomasse végétale est principalement due à la structure cristalline de la cellulose et à la présence de lignine, un polymère polyphénolique qui limite l’accès des enzymes cellulosiques à leur substrat. Des prétraitements thermochimiques rendent la fraction polysaccharidique accessible aux enzymes hydrolytiques. Cependant, outre leur coût, ces prétraitements ont un impact environnemental non négligeable. Une alternative aux prétraitements thermochimiques est le développement de procédés enzymatiques, respectueux de l’environnement, capables d’agir sur la lignocellulose récalcitrante. Le second défi est le développement de bioprocédés adaptés à une ressource en biomasse variée, permettant de valoriser les ressources locales. Une réponse à ces deux défis est le développement de cocktails enzymatiques capables de réduire la récalcitrance d’une large gamme de biomasses et d’en libérer les molécules à haute valeur ajoutée.

Les champignons associés aux plantes ont développé au cours de l’évolution des outils enzymatiques adaptés à des hôtes et substrats variés. Ces outils enzymatiques sont des facteurs déterminants d’une déconstruction contrôlée des parois végétales pendant l’interaction avec la plante. Tandis que les champignons du bois dégradent les parois végétales grâce à une large gamme d’enzymes actives sur carbohydrates (CAZymes) et sur la lignine (oxidoreductases auxiliaires), les champignons symbiotiques et les champignons pathogènes biotrophes causent des modifications contrôlées des parois, conduisant à une déconstruction limitée. Par contre, durant le passage du stade biotrophe au stade nécrotrophe, les champignons hémibiotrophes modifient leurs jeux d’enzymes sécrétées afin de dégrader complètement les parois.

Dans ce projet nous proposons d’explorer les mécanismes enzymatiques fongiques afin de concevoir des cocktails enzymatiques bio-inspirés capables d’agir sur des biomasses variées pour en réduire la récalcitrance et générer des molécules plateformes. Au-delà de l’analyse comparative de répertoires de gènes de la lignocellulolyse, nous proposons d’étudier la part active de ces jeux enzymatiques lors de la déconstruction des parois végétales. Nous identifierons, à partir de données d’expression déjà générées, les jeux d’enzymes fongiques responsables de ces différents niveaux de déconstruction des parois. Le rôle in vivo des enzymes sélectionnées sera étudié par leur localisation dans les parois végétales et le suivi des modifications de paroi. Les jeux d’enzymes exprimées simultanément par les champignons seront la source d’inspiration pour la construction in vitro de nouveaux cocktails enzymatiques. Nous identifierons les CAZymes et oxidoreductases auxiliaires co-régulées, sélectionnerons en priorité les enzymes peu caractérisées et analyserons leurs propriétés enzymatiques sur une large gamme de substrats en criblage moyen débit. Nous testerons les synergies entre enzymes co-régulées afin d’obtenir des cocktails optimisés pour les applications biotechnologiques sur six types de biomasses. Les cocktails enzymatiques seront testés pour leur efficacité dans la libération de sucres et de composés aromatiques à haute valeur ajoutée.

Coordination du projet

Marie-Noëlle Rosso (Biotechnologie des Champignons Filamenteux)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UMR 7257 CNRS-Aix Marseille Université Architecture et Fonction des Macromolecules Biologiques
UR1290 INRA-AgroParisTech Biologie et Gestion des Risques En Agriculture
UMR1136 INRA-Université de Lorraine Interactions Arbres Micro-organismes
UMR 1163 INRA Aix-Marseille Université Biotechnologie des Champignons Filamenteux

Aide de l'ANR 451 480 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 48 Mois

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